(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力で作動する矯正デバイスであって、
第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具であって、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲方向および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、該装具は、該旋回軸が各肢節間の関節に近接し、かつ、該旋回軸が該関節の回転軸に整列するように、対応する肢節に該第１のセクションおよび該第２のセクションを取り外し可能に取り付けるように構成されている、装具と、
筋電図センサと、
該筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、該アクチュエータアセンブリは、該装具に載置され、該旋回軸のまわりに該第１および該第２のセクションを駆動するための力を印加するように、該装具の該第１および該第２のセクションに連結され、該力は、該筋電図センサからの信号に基づいており、該アクチュエータアセンブリは、筺体内のモータと、該モータに連結された駆動アセンブリとを含み、該筺体は、該旋回軸に近接して配置され、該旋回軸で該装具に連結され、該関節の該回転軸に平行で、かつ、該関節の該回転軸と非同軸の縦軸を有する、アクチュエータアセンブリと
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記デバイスの動作パラメータを制御するために、前記筋電図センサおよび前記モータと通信する制御システムをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記制御システムは、ケーブルを介して前記筋電図センサおよび前記モータと通信する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記制御システムは、無線システムを通して前記筋電図センサおよび前記モータと通信する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記制御システムは、ユーザインターフェースを含み、それを通してユーザが前記デバイスと相互作用する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記制御システムは、前記筋電図センサから前記信号を受信し、前記モータへの出力信号を生成するための処理システムを含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項７】
前記処理システムは、前記関節のまわりの前記セクションの移動の範囲を制限するためのソフトウェアを含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記制御システムは、前記デバイス、ユーザ、または両方から受信したデータを保存するためのデータ管理システムを含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項９】
前記筋電図センサおよび前記モータと通信し、それを通してユーザが前記デバイスと相互作用する、ユーザインターフェースをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記筋電図センサおよび前記モータと通信し、該筋電図センサから前記信号を受信し、該モータへ出力信号を生成するための処理システムをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記処理システムは、前記デバイス、ユーザ、または両方から受信したデータを保存するためのデータ管理システムを含む、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記関節のまわりの前記セクションの移動の範囲を制限するための、前記駆動アセンブリに連結された運動制限をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記運動制限は、機械的ストップ、センサ、または両方によって提供される、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記モータおよび前記駆動アセンブリに連結された遊星歯車ヘッドをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記駆動アセンブリは、チェーンおよびスプロケットを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記装具は、前記第１のセクション、前記第２のセクション、前記旋回軸、またはそれらの組み合わせに連結される、少なくとも１つのパッドをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記装具は、腕に取り外し可能に取り付けられ、前記旋回軸は、肘に近接する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記装具は、腕および手に取り外し可能に取り付けられ、前記旋回軸は、手首に近接する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記装具は、手および少なくとも１本の指に取り外し可能に取り付けられ、前記旋回軸は、指の関節に近接する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記筋電図センサは、前記セクションのうちの少なくとも１つ、該セクションのうちの少なくとも１つに連結されたパッド、またはそれらの組み合わせに連結される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
動力で作動する矯正デバイスであって、
第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具であって、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲方向および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、該装具は、該旋回軸が各肢節間の関節に近接し、かつ、該旋回軸が該関節の回転軸に整合するように、対応する肢節に該第１のセクションおよび該第２のセクションを取り外し可能に取り付けるように構成されている、装具と、
筋電図センサと、
該筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、該アクチュエータアセンブリは、該装具に載置され、該旋回軸のまわりに該第１および該第２のセクションを駆動するための力を印加するように、該装具の該第１および該第２のセクションに連結され、該力は、該筋電図センサからの信号に基づいており、該アクチュエータアセンブリは、筺体内のモータと、該モータに連結された駆動アセンブリとを含み、該筺体は、該旋回軸に近接して配置され、該旋回軸で該装具に連結され、該関節の該回転軸に平行で、かつ、該関節の該回転軸と非同軸の縦軸を有する、アクチュエータアセンブリと、
該アクチュエータアセンブリの動作を制御する、該アクチュエータアセンブリに連結されたコントローラと、
該アクチュエータアセンブリの力パラメータのユーザ調整を可能にする、該コントローラに連結されたユーザインターフェースと
を備える、デバイス。
【請求項２２】
前記ユーザインターフェースは、相互に独立して、前記屈曲方向および前記伸展方向での補助レベルのユーザ調整を可能にする、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ユーザインターフェースは、前記デバイスの使用中に補助レベルのユーザ調整を可能にする、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
動力で作動する矯正デバイスであって、
第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具であって、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲方向および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、該装具は、該旋回軸が各肢節間の関節に近接し、かつ、該旋回軸が該関節の回転軸に整列するように、対応する肢節に該第１のセクションおよび該第２のセクションを取り外し可能に取り付けるように構成されている、装具と、
筋電図センサと、
該筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、該アクチュエータアセンブリは、該装具に載置され、該旋回軸のまわりに該第１および該第２のセクションを駆動するための力を印加するように、該装具の該第１および該第２のセクションに連結され、該力は、該筋電図センサからの信号に基づいており、該アクチュエータアセンブリは、筺体内のモータと、該モータに連結された駆動アセンブリとを含み、該筺体は、該旋回軸に近接して配置され、該旋回軸で該装具に連結され、該関節の該回転軸に平行で、かつ、該関節の該回転軸と非同軸の縦軸を有する、アクチュエータアセンブリと、
該アクチュエータアセンブリの動作を制御する、該アクチュエータアセンブリに連結されたコントローラと、
高補助、低補助、抵抗、治療的トレーニング、および機能的補助のうちの少なくとも２つからの、該デバイスの動作モードのユーザ選択を可能にする、該コントローラに連結されたユーザインターフェースと
を備える、デバイス。
【請求項２５】
前記ユーザインターフェースは、高補助、低補助、抵抗、治療的トレーニング、および機能的補助のうちの少なくとも３つからの、動作モードのユーザ選択を可能にする、請求項２４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
この特許出願は、２００６年９月１９日に出願された、米国仮特許出願第６０／８２６，１８８号と、２００７年２月１４日に出願された、米国仮特許出願第６０／８８９，７７３号とに対する優先権を主張するものであり、これら仮出願の開示は、その全体が、本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して矯正デバイスに関し、特に、本発明は、リハビリまたは機能的な支援のための、動力で作動する矯正デバイスおよびこれを用いる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
脳卒中、脳損傷、およびその他の神経筋外傷を患った患者は、多くの場合、片麻痺、または体の特定の部分の極度の衰えの後遺症が残る。１本以上の肢の機能の低下または喪失という結果になることもある。人々はこうした神経系の外傷後の障害の多くからめざましく回復することが可能であることが明らかになっている。さらに、リハビリのエクササイズの方法に、よく使うタスクおよび機能的なタスクの実行を含む場合には、リハビリの効果はかなり上がり、運動パターンがより短期間で再習得されることが明らかになっている。しかし、神経筋外傷後に、後遺症の残った単数または複数の肢の制御または強度があまりにひどく損なわれているために、患者は、補助無しに、発展的かつ機能的なリハビリエクササイズを行うことが困難である（または不可能である）場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態に従った、動力で作動する矯正デバイスは、第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具を含み、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、そのような方向は、該装具の内側領域および外側領域をそれぞれ画定する。該デバイスはさらに、旋回軸が各肢節間の関節に近接するように、対応する肢節に第１のセクションおよび第２のセクションを取り外し可能に取着（ａｔｔａｃｈ）する、少なくとも１組のストラップを含む。該デバイスはさらに、筋電図センサ、および筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリは、装具に載置され、その体積の大部分を占有する部分が、装具の外側領域に近接して配置され、旋回軸のまわりに第１および第２のセクションを駆動するための力を印加するように、装具の第１および第２のセクションに連結され、力は筋電図センサからの信号に基づく、アクチュエータアセンブリを含む。
【０００５】
関連する実施形態に従った、アクチュエータアセンブリはモータを含み、モータは、装具の外側領域に近接して配置されてもよい。アクチュエータアセンブリは筐体内のモータと、モータに連結された駆動配列とを含み、筐体は、旋回軸に近接して配置され、装具に連結されてもよい。筐体は、関節の回転軸と平行または関節の回転軸と垂直な縦軸を有してもよい。該デバイスはさらに、該デバイスの動作パラメータを制御するために、筋電図センサおよびモータと通信する制御システムをさらに備えてもよい。制御システムは、ケーブルを介して筋電図センサおよびモータと通信してもよい。制御システムは、無線システムを通して筋電図センサおよびモータと通信してもよい。制御システムは、それを通してユーザが該デバイスと相互作用する、ユーザインターフェースを含んでもよい。制御システムは、筋電図センサから信号を受信し、モータへ出力信号を生成するための処理システムを含んでもよい。処理システムは、関節のまわりのセクションの移動の範囲を制限するためのソフトウェアを含んでもよい。制御システムは、該デバイスから、および／またはユーザから、受信したデータを保存するためのデータ管理システムを含んでもよい。
【０００６】
デバイスはさらに、筋電図センサおよびモータと通信し、それを通してユーザが該デバイスと相互作用する、ユーザインターフェースをさらに含んでもよい。該デバイスはさらに、筋電図センサおよびモータと通信し、筋電図センサから信号を受信し、モータへ出力信号を生成するための処理システムをさらに含んでもよい。処理システムは、該デバイス、ユーザ、または両方から受信したデータを保存するためのデータ管理システムを含んでもよい。該デバイスは、関節のまわりのセクションの移動の範囲を制限するための、駆動アセンブリに連結された運動制限をさらに備えてもよい。運動制限は、機械的ストップ、および／またはセンサによって提供されてもよい。該デバイスは、モータおよび駆動アセンブリに連結された遊星歯車ヘッドをさらに含んでもよい。駆動アセンブリはチェーンおよびスプロケットを含んでもよい。装具は、第１のセクション、第２のセクション、旋回軸、またはそれらの組み合わせに連結される、少なくとも１つのパッドをさらに含んでもよい。装具は腕に取り外し可能に取着され、旋回軸は、肘に近接してもよい。装具は腕および手に取り外し可能に取着され、旋回軸は、手首に近接してもよい。装具は手および少なくとも１本の指に取り外し可能に取着され、旋回軸は、指の関節に近接してもよい。筋電図センサは、ストラップのうちの少なくとも１つ、セクションのうちの少なくとも１つに連結されるパッド、またはその両方に連結されてもよい。
【０００７】
本発明の別の実施形態に従った、動力で作動する矯正デバイスは、第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具を含み、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、そのような方向は、該装具の内側および外側領域をそれぞれ画定する。該デバイスは、旋回軸が各肢節間の関節に近接するように、対応する肢節に第１のセクションおよび第２のセクションを取り外し可能に取着する、少なくとも１組のストラップをさらに含む。該デバイスはさらに、筋電図センサと、筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリは、装具に載置され、旋回軸のまわりに第１および第２のセクションを駆動するための力を印加するように、装具の第１および第２のセクションに連結され、力は筋電図センサからの信号に基づく、アクチュエータアセンブリを含む。該デバイスは、アクチュエータアセンブリの動作を制御する、アクチュエータアセンブリに連結されたコントローラ、および、アクチュエータアセンブリの力パラメータのユーザ調整を可能にする、コントローラに連結されたユーザインターフェースを含む。
【０００８】
関連する実施形態に従った、ユーザインターフェースは、相互に独立して、屈曲方向および伸展方向での別々の補助レベルのユーザ調整を可能にしてもよい。
【０００９】
本発明の別の実施形態に従った、動力で作動する矯正デバイスは、第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具を含み、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、そのような方向は、該装具の内側および外側領域をそれぞれ画定する。該デバイスはさらに、旋回軸が各肢節間の関節に近接するように、対応する肢節に第１のセクションおよび第２のセクションを取り外し可能に取着する、少なくとも１組のストラップを含む。該デバイスはさらに、筋電図センサと、筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリは、装具に載置され、旋回軸のまわりに第１および第２のセクションを駆動するための力を印加するように、装具の第１および第２のセクションに連結され、力は筋電図センサからの信号に基づく、アクチュエータアセンブリを含む。該デバイスはさらに、アクチュエータアセンブリの動作を制御する、アクチュエータアセンブリに連結されたコントローラと、高補助、低補助、抵抗、治療的トレーニング、および機能的補助のうちの少なくとも２つからの、該デバイスの動作モードのユーザ選択を可能にする、コントローラに連結されたユーザインターフェースを含む。
【００１０】
関連する実施形態に従った、ユーザインターフェースは、高補助、低補助、抵抗、治療的トレーニング、および機能的補助のうちの少なくとも３つからの、動作モードのユーザ選択を可能にしてもよい。
【００１１】
本発明の別の実施形態に従った、関節のまわりに肢を動かす際に機能不全を訴える対象者に治療的トレーニングを提供する方法は、関節のまわりに肢を動かす際に少なくとも部分的な機能を回復させるための、ＥＭＧ制御された矯正デバイスの使用と、矯正デバイスの使用過程で、関節のまわりの肢の運動、または関節に対する固定位置における肢の係止のうちの少なくとも１つを必要とする、一連の物理的タスクを対象者に行わせることを含む。
【００１２】
関連する実施形態に従った、矯正デバイスの使用は、対象者が物理的タスクまたは一連の物理的タスクを実行している間の、フィードバックの提供を含んでもよい。フィードバックの提供は、対象者が物理的タスクまたは一連の物理的タスクを実行している間の、制御画面におけるＥＭＧ信号の視覚的フィードバックの提供を含んでもよい。矯正デバイスの使用は、矯正デバイスからの補助レベルの調整の提供を含んでもよい。矯正デバイスの使用は、物理的タスクまたは一連の物理的タスクの間の、少なくとも２つの補助レベルの提供を含み、２つのレベルには、第１の補助レベル、および第１の補助レベルに対して増大した補助レベルを含んでもよく、または、第１の補助レベル、および第１の補助レベルに対して減少した補助レベルを含んでもよい。
【００１３】
本発明のその他の実施形態に従った、関節のまわりに肢を動かす際に機能不全を訴える対象者に治療的トレーニングを提供する方法は、関節のまわりに肢を動かす際の、対象者の機能性の非補助レベルの決定と、関節のまわりの肢の運動の少なくとも部分的な機能を回復させるための、ＥＭＧ制御された矯正デバイスの使用と、矯正デバイスの使用過程で、対象者が新しいレベルに関連する動きのパターンを経験するように、非補助レベルよりも高い新しい機能性レベルに関する一連の物理的タスクを対象者に行わせることとを含む。
【００１４】
関連する実施形態に従った、矯正デバイスの使用には、対象者が物理的タスクまたは一連の物理的タスクを実行する間の、フィードバックの提供を含んでもよい。フィードバックの提供は、対象者が物理的タスクまたは一連の物理的タスクを実行する間の、制御画面上でのＥＭＧ信号の視覚的フィードバックの提供を含んでもよい。矯正デバイスの使用は、矯正デバイスからの補助レベルの調整の提供を含んでもよい。矯正デバイスの使用は、物理的タスクまたは一連の物理的タスク中の少なくとも２つの補助レベルの提供を含み、２つのレベルは、第１の補助レベルと、第１の補助レベルに対して増大した補助レベルとを含んでもよい、または、第１の補助レベルと、第１の補助レベルに対して減少した補助レベルとを含んでもよい。
（項目１）
動力で作動する矯正デバイスであって、
第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具であって、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲方向および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、そのような方向は、該装具の内側領域および外側領域をそれぞれ画定する、装具と、
該旋回軸が各肢節間の関節に近接するように、対応する肢節に該第１のセクションおよび該第２のセクションを取り外し可能に取着する、少なくとも１組のストラップと、
筋電図センサと、
該筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、該アクチュエータアセンブリは、該装具に載置され、その体積の大部分を占有する部分が、該装具の該外側領域に近接して配置され、該旋回軸のまわりに該第１および該第２のセクションを駆動するための力を印加するように、該装具の該第１および該第２のセクションに連結され、該力は、該筋電図センサからの信号に基づく、アクチュエータアセンブリと
を備える、デバイス。
（項目２）
上記アクチュエータアセンブリは、モータを含み、該モータは、上記装具の上記外側領域に近接して配置される、項目１に記載のデバイス。
（項目３）
上記アクチュエータアセンブリは筐体内のモータと、該モータに連結された駆動配列とを含み、該筐体は、上記旋回軸に近接して配置され、上記装具に連結される、項目１に記載のデバイス。
（項目４）
上記筐体は、上記関節の回転軸と平行な縦軸を有する、項目３に記載のデバイス。
（項目５）
上記筐体は、上記関節の回転軸と垂直な縦軸を有する、項目３に記載のデバイス。
（項目６）
上記デバイスの動作パラメータを制御するために、上記筋電図センサおよび上記モータと通信する制御システムをさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目７）
上記制御システムは、ケーブルを介して上記筋電図センサおよび上記モータと通信する、項目６に記載のデバイス。
（項目８）
上記制御システムは、無線システムを通して上記筋電図センサおよび上記モータと通信する、項目６に記載のデバイス。
（項目９）
上記制御システムは、ユーザインターフェースを含み、それを通してユーザが上記デバイスと相互作用する、項目６に記載のデバイス。
（項目１０）
上記制御システムは、上記筋電図センサから上記信号を受信し、上記モータへ出力信号を生成するための処理システムを含む、項目６に記載のデバイス。
（項目１１）
上記処理システムは、上記関節のまわりの上記セクションの移動の範囲を制限するためのソフトウェアを含む、項目１０に記載のデバイス。
（項目１２）
上記制御システムは、上記デバイス、ユーザ、または両方から受信したデータを保存するためのデータ管理システムを含む、項目６に記載のデバイス。
（項目１３）
上記筋電図センサおよび上記モータと通信し、それを通してユーザが上記デバイスと相互作用する、ユーザインターフェースをさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１４）
上記筋電図センサおよび上記モータと通信し、該筋電図センサから上記信号を受信し、該モータへ出力信号を生成するための処理システムをさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１５）
上記処理システムは、上記デバイス、ユーザ、または両方から受信したデータを保存するためのデータ管理システムを含む、項目１４に記載のデバイス。
（項目１６）
上記関節のまわりの上記セクションの移動の範囲を制限するための、上記駆動アセンブリに連結された運動制限をさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１７）
上記運動制限は、機械的ストップ、センサ、または両方によって提供される、項目１６に記載のデバイス。
（項目１８）
上記モータおよび上記駆動アセンブリに連結された遊星歯車ヘッドをさらに備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１９）
上記駆動アセンブリは、チェーンおよびスプロケットを含む、項目１に記載のデバイス。
（項目２０）
上記装具は、上記第１のセクション、上記第２のセクション、上記旋回軸、またはそれらの組み合わせに連結される、少なくとも１つのパッドをさらに含む、項目１に記載のデバイス。
（項目２１）
上記装具は、腕に取り外し可能に取着され、上記旋回軸は、肘に近接する、項目１に記載のデバイス。
（項目２２）
上記装具は、腕および手に取り外し可能に取着され、上記旋回軸は、手首に近接する、項目１に記載のデバイス。
（項目２３）
上記装具は、手および少なくとも１本の指に取り外し可能に取着され、上記旋回軸は、指の関節に近接する、項目１に記載のデバイス。
（項目２４）
上記筋電図センサは、上記ストラップのうちの少なくとも１つ、上記セクションのうちの少なくとも１つ、該セクションのうちの少なくとも１つに連結されたパッド、またはそれらの組み合わせに連結される、項目１に記載のデバイス。
（項目２５）
動力で作動する矯正デバイスであって、
第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具であって、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲方向および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、そのような方向は、該装具の内側領域および外側領域をそれぞれ画定する、装具と、
該旋回軸が各肢節間の関節に近接するように、対応する肢節に該第１のセクションおよび該第２のセクションを取り外し可能に取着する、少なくとも１組のストラップと、
筋電図センサと、
該筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、該アクチュエータアセンブリは、該装具に載置され、該旋回軸のまわりに該第１および該第２のセクションを駆動するための力を印加するように、該装具の該第１および該第２のセクションに連結され、該力は、該筋電図センサからの信号に基づく、アクチュエータアセンブリと、
該アクチュエータアセンブリの動作を制御する、該アクチュエータアセンブリに連結されたコントローラと、
該アクチュエータアセンブリの力パラメータのユーザ調整を可能にする、該コントローラに連結されたユーザインターフェースと
を備える、デバイス。
（項目２６）
上記ユーザインターフェースは、相互に独立して、上記屈曲方向および上記伸展方向での補助レベルのユーザ調整を可能にする、項目２５に記載のデバイス。
（項目２７）
上記ユーザインターフェースは、上記デバイスの使用中に補助レベルのユーザ調整を可能にする、項目２５に記載のデバイス。
（項目２８）
動力で作動する矯正デバイスであって、
第１のセクションおよび第２のセクションを有する装具であって、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、旋回軸で動作可能に連結され、該第１のセクションおよび該第２のセクションは、屈曲方向および伸展方向を画定するように該旋回軸のまわりに移動し、そのような方向は、該装具の内側領域および外側領域をそれぞれ画定する、装具と、
該旋回軸が各肢節間の関節に近接するように、対応する肢節に該第１のセクションおよび該第２のセクションを取り外し可能に取着する、少なくとも１組のストラップと、
筋電図センサと、
該筋電図センサと通信するアクチュエータアセンブリであって、該アクチュエータアセンブリは、該装具に載置され、該旋回軸のまわりに該第１および該第２のセクションを駆動するための力を印加するように、該装具の該第１および該第２のセクションに連結され、該力は、該筋電図センサからの信号に基づく、アクチュエータアセンブリと、
該アクチュエータアセンブリの動作を制御する、該アクチュエータアセンブリに連結されたコントローラと、
高補助、低補助、抵抗、治療的トレーニング、および機能的補助のうちの少なくとも２つからの、該デバイスの動作モードのユーザ選択を可能にする、該コントローラに連結されたユーザインターフェースと
を備える、デバイス。
（項目２９）
上記ユーザインターフェースは、高補助、低補助、抵抗、治療的トレーニング、および機能的補助のうちの少なくとも３つからの、動作モードのユーザ選択を可能にする、項目２８に記載のデバイス。
（項目３０）
関節のまわりに肢を動かす際に、機能不全を訴える対象者に治療的トレーニングを提供する方法であって、該方法は、
該関節のまわりに該肢を動かす際に、少なくとも部分的な機能を回復させるために、ＥＭＧ制御された矯正デバイスを用いるステップと、
該矯正デバイスの使用過程で、該関節のまわりの該肢の運動、または該関節に対する固定位置における該肢の係止のうちの少なくとも１つを必要とする、一連の物理的タスクを該対象者に行わせるステップと
を包含する、方法。
（項目３１）
上記矯正デバイスを用いるステップは、上記対象者が物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクを実行する間に、フィードバックを提供するステップを含む、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
上記フィードバックを提供するステップは、上記対象者が上記物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクを実行する間に、制御画面においてＥＭＧ信号の視覚的フィードバックを提供するステップを含む、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
上記矯正デバイスを用いるステップは、該矯正デバイスから補助レベルの調整を提供するステップを含む、項目３０に記載の方法。
（項目３４）
上記矯正デバイスを用いるステップは、物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクの間、少なくとも２つの補助レベルを提供するステップを含み、該２つのレベルは、第１の補助レベルと、該第１の補助レベルに対して増大した補助レベルとを含む、項目３０に記載の方法。
（項目３５）
上記矯正デバイスを用いるステップは、物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクの間、少なくとも２つの補助レベルを提供するステップを含み、該２つのレベルは、第１の補助レベルと、該第１の補助レベルに対して減少した補助レベルとを含む、項目３０に記載の方法。
（項目３６）
関節のまわりに肢を動かす際に、機能不全を訴える対象者に治療的トレーニングを提供する方法であって、該方法は、
該関節のまわりに該肢を動かす際に、該対象者の機能性の非補助レベルを決定するステップと、
該関節のまわりの該肢の運動の少なくとも部分的な機能を回復させるために、ＥＭＧ制御された矯正デバイスを用いるステップと、
該矯正デバイスの使用過程で、該対象者が新しいレベルに関連する動きのパターンを経験するように、該非補助レベルよりも高い新しい機能性レベルに関連する一連の物理的タスクを該対象者に行わせるステップと
を包含する、方法。
（項目３７）
上記矯正デバイスを用いるステップは、上記対象者が物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクを実行する間に、フィードバックを提供するステップを含む、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
上記フィードバックを提供するステップは、上記対象者が上記物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクを実行する間に、制御画面上でＥＭＧ信号の視覚的フィードバックを提供するステップを含む、項目３７に記載の方法。
（項目３９）
上記矯正デバイスを用いるステップは、該矯正デバイスから補助レベルの調整を提供するステップを含む、項目３６に記載の方法。
（項目４０）
上記矯正デバイスを用いるステップは、物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクの間、少なくとも２つの補助レベルを提供するステップを含み、該２つのレベルは、第１の補助レベルと、該第１の補助レベルに対して増大した補助レベルとを含む、項目３６に記載の方法。
（項目４１）
上記矯正デバイスを用いるステップは、物理的タスクまたは上記一連の物理的タスクの間、少なくとも２つの補助レベルを提供するステップを含み、該２つのレベルは、第１の補助レベルと、該第１の補助レベルに対して減少した補助レベルとを含む、項目３６に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の上記の特徴は、添付の図面を参照して記載される以下の発明を実施するための形態を参照することにより、より容易に理解される。
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に従った、動力で作動する矯正デバイスを示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、腕用の、動力で作動する矯正デバイスの着用可能なコンポーネントを示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に従った位置にあるセンサを有する、着用可能なコンポーネントを示す。
【図４】図４は、本発明の例示的な実施形態に従った、除去されるパッドを有する着用可能なコンポーネントを示す。
【図５】図５は、本発明の例示的な実施形態に従った、着用可能なコンポーネントの概略図を示す。
【図６】図６は、本発明の例示的な実施形態に従った、除去されるモータ筐体を有する着用可能なコンポーネントの概略図を示す。
【図７】図７は、本発明の例示的な実施形態に従った、除去されるプラスティックカバーを有する着用可能なコンポーネントを示す。
【図８】図８は、本発明の例示的な実施形態に従った、露出されたドライブトレインを有する着用可能なコンポーネントを示す。
【図９】図９は、本発明の例示的な実施形態に従った、除去されるモータ筐体およびプラスティックカバーを有する着用可能なコンポーネントの概略図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の例示的な実施形態に従った、除去されるプラスティックカバーを有する着用可能なコンポーネントの概略図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、着用可能なコンポーネントの分解図を示す。
【図１２】図１２は、本発明の例示的な実施形態に従った、除去されるプラスティックカバーを有する着用可能なコンポーネントの概略図を示す。
【図１３】図１３は、本発明の例示的な実施形態に従った、着用可能なコンポーネントの分解図を示す。
【図１４】図１４は、本発明の例示的な実施形態に従った、制御システムの概略図を示す。
【図１５】図１５は、本発明の例示的な実施形態に従った、制御システムの分解図を示す。
【図１６】図１６は、本発明の例示的な実施形態に従った、足首の周囲に着用可能なコンポーネントのスケッチを示す。
【図１７】図１７は、本発明の例示的な実施形態に従った、手首の周囲に着用可能なコンポーネントのスケッチを示す。
【図１８】図１８は、本発明の例示的な実施形態に従った、手の周囲に着用可能なコンポーネントのスケッチを示す。
【図１９】図１９は、本発明の例示的な実施形態に従った、動力で作動する矯正デバイスシステムコンポーネントのブロック図を示す。
【図２０】図２０は、本発明の例示的な実施形態に従った、例示的な制御アルゴリズムを示す。
【図２１】図２１は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＥＭＧ信号に対する出力信号のグラフを示す。
【図２２】図２２は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＥＭＧ信号に対する出力信号のグラフを示す。
【図２３】図２３は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＥＭＧ信号に対する出力信号のグラフを示す。
【図２４】図２４は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＥＭＧ信号に対する出力信号のグラフを示す。
【図２５】図２５は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＥＭＧ信号に対する出力信号のグラフを示す。
【図２６】図２６は、本発明の例示的な実施形態に従った、その他のパラメータに対する出力信号のグラフを示す。
【図２７】図２７は、本発明の例示的な実施形態に従った、時間または温度のパラメータに対する出力信号のグラフを示す。
【図２８】図２８は、本発明の例示的な実施形態に従った、ＥＭＧ信号に対する出力信号のグラフを示す。
【図２９】図２９は、本発明の例示的な実施形態に従った、位置に対する出力信号のグラフを示す。
【図３０】図３０は、本発明の例示的な実施形態に従った、温度に対する出力信号のグラフおよび制御アルゴリズムを示す。
【図３１】図３１は、本発明の例示的な実施形態に従った、矯正デバイスのユーザのＡｓｈｗｏｒｔｈ評価前および評価後のスコアを示す。
【図３２】図３２は、本発明の例示的な実施形態に従った、矯正デバイスのユーザの評価前および評価後のＦｕｇｌ−Ｍｅｙｅｒコンポーネントスコアを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
定義。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されているように、文脈によってその他の意味にとる必要がある場合を除き、以下の用語は記載される意味を持つものとする。
【００１７】
「矯正デバイス」は、弱いかまたはその役目を果たすことのできない関節または筋肉のためのサポートまたは装具である。矯正デバイスは、既存の体部位に着用される。
【００１８】
「ＥＭＧ制御された」矯正デバイスは、関節に対して体部位を動かすことを補助するように、感知されたＥＭＧ信号に応じて、少なくともいくつかの条件下において、関節に関して体部位への力を印加させるように設計された矯正デバイスである。「ＥＭＧ制御された」矯正デバイスは、（ｉ）第１の感知されたＥＭＧ信号に応じて、第１の力を第１の方向に与え、そして（ｉｉ）（ａ）感知されたＥＭＧ信号が存在しない、（ｂ）第１の感知されたＥＭＧ信号、および（ｃ）第２の感知されたＥＭＧ信号で構成されるグループから選択される１つ以上の条件に応じて、第２の力を第１の方向とは反対である第２の方向に与え、第１の感知されたＥＭＧ信号の関数としての第１の力は、第２の方向の第２の力に対して非対称である、デバイス（本明細書では「非対称のＥＭＧ制御されたデバイス」と称する）を含むが、これに限定されない。
【００１９】
「人工装具」は、体の欠如部分の代わりとなる人工的なデバイスである。
【００２０】
「リハビリ支援」は、その目的を、弱い、損傷を負った、または不健康な体部位の機能を回復することとする、デバイスまたは処置である。リハビリ支援の目的は、その体部位を補うかまたは代わりとなるというよりは、体部位そのものに対する機能の代理として補助することである。
【００２１】
「機能的な支援」は、ユーザの機能的な能力を向上させるために役立つデバイスである。機能的な支援は、必ずしもユーザに対してリハビリの利点をもたらすものではなく、その利点はツールの使用時にのみ理解される、補助的なツールとして機能する。
【００２２】
本発明の実施形態は、着用時において着用者の機能的な能力を向上させる、持ち運び可能で着用可能な動力で作動する矯正デバイスおよびこれを用いる方法について説明する。該デバイスの実施形態は、さらに運動パターンの再習得およびリハビリを促進するタスクおよびエクササイズをユーザが実行することができるように、ユーザの機能的な能力を高めるためのリハビリ支援または機能的な支援として使用してもよい。該デバイスは、ユーザによって着用され、該デバイスによって測定および処理されるように、ユーザが意図する動作によって、補助的なトルクおよび力をユーザの体に印加してもよい。このようなものとして、該デバイスは、ユーザが開始および制御する動作パターンを達成するためにユーザを補助する。
【００２３】
脳卒中等の特定の神経筋の症状において、多くの場合、人は特定の関節の非対称の制御しかできない。例えば、人は、関節を屈曲または伸展させることができるかもしれないが、両機能を実行することはできないかもしれない。この場合、関節の周囲の屈曲を制御する筋肉グループは、ユーザによって制御可能としてもよく、ユーザの、関節の周囲の伸展に関わる筋肉グループを制御する能力が低下している可能性がある一方で、そのアクティビティは、適切なセンサによって読み取ってもよい。同様に、その反対も真であってもよく、例えば、ユーザは、屈曲方向ではなく伸展方向を制御できる。
【００２４】
上で記載した例等の非対称の制御の場合、デバイスには、ユーザが制御可能な対応する非対称の制御アルゴリズムが必要となる場合があり、これは、リハビリおよび再トレーニングと共に役立つための機能の性能アップおよび運動パターンの強化をもたらす。リハビリおよび運動パターンの再習得のために、該デバイスの動作は、該デバイスが自然に習得された運動パターンを再教示し強化できるように、ユーザの意図を正確に表したものとすべきである。例えば、リーチのタスクの一部分には、屈筋（二頭筋、腕橈骨筋（ｂｒａｃｈｉｏｒａｄｉａｌｉｓ））の弛緩、および伸筋（三頭筋）の緊張を優位にして腕を伸ばすことの習得を含む。このようなタスクは三頭筋に張力を印加できない人には困難であることが明らかである。提案された制御アルゴリズムは、屈筋の弛緩状態のみに基づいて、また場合によっては、その他の非筋肉の感覚入力に基づいて、伸筋により印加されたトルクを模倣するトルクを印加することにより、このような人の自然なリーチのパターンを実現および強化する。
【００２５】
本発明の実施形態は、関節のまわりに力および動作を制御する主要な筋肉群（屈筋または伸筋）の一つを制御するためのユーザの能力が欠如していても、関節を中心とした動作および力の自然なパターンをリアルタイムで模倣する非対称の制御アルゴリズムを使用してもよい。第２の方向（欠陥のある方向−屈曲または伸展）へユーザの意図のインジケータとして信号を測定、解釈、または処理せずに、該デバイスは、第１の方向（欠陥のない方向）の動作を制御する筋肉群のみのＥＭＧ信号に直接基づいて、リアルタイムでトルクを印加してもよい。この非対称の制御アルゴリズムの詳細については、以下により詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に従った、動力で作動する矯正デバイスを示す。該デバイスは、肢または体部位に固定される着用可能なコンポーネント２を含み、着用可能なコンポーネント２は、該デバイスのパラメータのいくつかを設定または制御するために使用可能な制御システム１８と通信する。制御システム１８への接続は、ユーザの可動性への影響を最小限に抑えるために、図示のように、柔軟性のある、適応するケーブル１２を介するものとしてよい。ケーブル１２は、着用可能なコンポーネント２または制御システム１８との迅速および容易な接続または接続解除が可能になるように、その端における迅速な接続解除のケーブルコネクタ１０を有してもよい。これにより、着用可能なコンポーネント２をユーザの肢にまず固定してもよく、次にケーブル１２をその後に接続してもよいため、該デバイスの着脱が容易となる。ケーブル１２が示されているが、着用可能なコンポーネント２は、その他のインターフェースデバイスを介して制御システム１８と通信してもよい。例えば、着用可能なコンポーネント２は、制御システム１８と共に（例えば、マイクロ波、赤外線、無線周波数、またはその他の送信技術等の無線技術で実施される）無線通信が可能である。着用可能なコンポーネント２はさらに、制御システム上、または制御システム内、またはその他の場所に配置される、その他の外部電力供給、電子機器、コントローラ、アクチュエータ等と通信してもよい。制御システム１８は、ユーザによって着用または運搬されてもよく、あるいは、テーブル上に静止した状態で置く等、離れた場所に配置してもよい。
【００２７】
さらに図２乃至図１３を参照すると、着用可能なコンポーネント２は、旋回軸８に可動的に結合される第１のセクション３２および第２のセクション３４を有してもよい装具７を含む。装具７は３つ以上のセクションを含んでもよく、２つ以上のセクションを互いに並列に、または互いに直列に配置してもよい。例えば、１つ以上のセクションを、複数の指に、および／または一本の指に沿って、配置してもよい。着用可能なコンポーネント２はさらに、旋回軸８が、各肢節間の関節近くに配置され、関節の回転軸と整列するように、対応する肢節（例えば、第１の肢節への第１のセクション３２および第２の肢節への第２のセクション３４）に各セクション３２、３４を取り外し可能に取着させる少なくとも１組のストラップ４を含む。例えば、肘の装具では、第１のセクション３２を取り外し可能に上腕に取着してもよく、第２のセクション３４を取り外し可能に下腕に取着してもよい。セクション３２、３４は、関節の上および下の両方の肢の一部に連結し、ストラップ４は、肢および関節の周囲に装具７を固定させる。ストラップ４は、柔らかく柔軟な伸縮性のあるストラップに、またはより堅く伸縮性のないストラップにしてもよい。好適には、これらのストラップはデバイスが作動中に一つに丸まりやすいため、関節または旋回軸８の近くのストラップ４は擦傷から皮膚を保護するため、柔らかく、かつ伸縮性がある。同様に、より堅く、伸縮度の低いストラップは、好適には、肢のセクションに堅い連結および信頼性のあるトルク印加を提供するために、関節から離れた位置で使用される。ストラップ４は、金属、繊維、プラスティックまたはその組み合わせで作られてもよい。一実施形態において、ストラップ４は、図示のように、ストラップ４の代わりに、または、ストラップ４に加えて、ユーザの肢または体部位へ装具７を固定してもよい、１つ以上の網状素材、１つ以上のひも、接着および／または連結メカニズムを含んでもよい。例えば、装具７は、ユーザの肢を包囲し、締め付けて固定されるクランプ、吸引または包囲体と共に位置固定してもよい。
【００２８】
装具７はさらに、図４に示すように、２つのセクション３２、３４および旋回軸８に取り外し可能に連結してもよいパッド６を含んでもよい。例えば、パッド６は、フックおよびループファスナー３０を使用して、セクション３２、３４または旋回軸８に連結してもよい。パッド６は、互換可能にしてもよく、また、装具のサイズを調整するために種々の厚さを有してもよく、例えば、より小さい腕または肢に対応するためにより厚いパッドを使用してもよい。パッド６はさらに、該デバイスの使用後にパッド６をきれいにするために取り除いてもよい。
【００２９】
着用可能なコンポーネント２はさらに、ユーザの筋肉から筋電図（ＥＭＧ）信号を測定するセンサ２４を有する感知システムを含む。例えば、ＥＭＧセンサ２４は、ユーザの皮膚と接触した状態で配置してもよく、および／または、対象となる筋肉の近くのユーザの皮膚の下に埋め込んでもよい。感知システムはさらに、着用可能なコンポーネント２および制御システム１８の両方の内部または上部にセンサを含んでもよい。このため、感知システムは、ユーザからその他の信号を感知してもよい。例えば、感知システムは、少なくとも一つの筋肉グループからＥＭＧ信号を感知してもよく、位置、速度、力、トルク、時間、温度、電流、脈、血圧等のその他の信号を感知してもよい。信頼性のあるセンサを皮膚にしっかりと連結するために、センサ２４は適合する方法で皮膚上に保持してもよい。このため、筋電図センサ２４は、図２に示すように、ストラップ４の１つ以上に連結してもよく、または、セクション３２、３４の片方または両方に連結してもよい。応用例ではＥＭＧセンサが取り上げられているが、ＥＭＧセンサ２４の代わりに、またはこれに加えて、ＥＥＧ信号を感知するセンサを使用してもよい。
【００３０】
パッド６を用いる場合、センサ２４は、図３に示すように、セクション３２、３４に連結される適合するパッド要素２２に連結してもよい。柔軟性のあるＥＭＧセンサまたは電極２４を、ユーザの皮膚にセンサ２４を常に接触させるために使用してもよい。皮膚が動くとセンサ２４が動き、皮膚表面との接触を失わないようにするために、適合性、柔軟性、および弾性は、センサ筐体を含んでもよいセンサ２４に対して設計してもよい。例えば、伸縮性のある、適合した、例えば金属、プラスティック、フォーム、繊維、ゴムまたは任意のその組み合わせでできているばね状の素材または構造を、センサ２４の裏に応用してもよい。センサ載置の元々の適合性および弾性によって、皮膚、ストラップ、および／または装具表面の動きおよびゆがみにもかかわらず、センサが皮膚表面に圧力を維持することができるが、適合した構造によって、センサを弾力性の少ないストラップで位置固定できるようにしてもよい。あるいは、またはこれに加えて、センサ２４をストラップ４の凹型になったポケットに配置してもよい。センサ圧力を、低くとも一定に維持しながら、ストラップの凹型によって、信頼性のある、繰り返し実行可能なセンサ配置を可能にしてもよい。また、センサストラップを装具７の下に着用してもよく、または装具７に組み込んでもよい。
【００３１】
図５乃至図１３により詳細に図示されているように、着用可能なコンポーネント２は、トルクおよび力を装具７に印加するためにアクチュエータアセンブリをさらに含んでもよい。アクチュエータアセンブリは、旋回軸８付近に配置され、装具７の第１および第２のセクション３２、３４に連結されている筐体２６においてモータおよび歯車ヘッド３６を含んでもよい。図示のように、筐体２６はユーザの肘の下に配置してもよく、これによりモータおよび歯車ヘッドに対して保護的なシェルが提供され、肘をテーブルに接触させずに、着用可能なコンポーネント２をテーブル表面または硬い表面上に配置することができ、こうしてユーザに痛みまたは損傷を与えるリスクを低減できる。モータは関節の回転軸に対し平行および同軸にしてもよく、または軸と平行だが同軸にならないようにしてもよい。あるいは、モータは、関節の回転軸に対して垂直方向にしてもよい。
【００３２】
アクチュエータアセンブリはさらに、モータおよび歯車ヘッド３６に連結され、ほぼ旋回軸８の周囲のセクション３２、３４を駆動するための力を印加するように旋回軸８に近接した位置に装具７のセクション３２、３４に連結された駆動アセンブリ４２、４４を含んでもよい。力は、センサ２４からのＥＭＧ信号、制御システム１８に保存される予め設定した値またはパラメータ、その他の入力、またはその組み合わせに基づいてもよい。プラスティックカバー２８は、ユーザおよびその他の人を保護し、さらに駆動アセンブリ４２、４４のコンポーネントを異物から保護するために、駆動アセンブリ４２、４４のコンポーネントを取り囲むために使用してもよい。同様に、防水加工または耐水性のある、汚物、ダストおよび／または電磁放射包囲体を、周囲環境からデバイスを保護するために該デバイスの電気的および／または機械的コンポーネントを取り囲むために使用してもよい。アクチュエータアセンブリは、好適には、装着者の付け心地および可動性を高めるために目立たない位置に配置される（例えば、デバイスを使用しているときにユーザの体に擦傷をつけることがないように装具の、ユーザの体から離れた側）。
【００３３】
図１２に示すように、装具７は、それぞれ装具７の内側領域６５および外側領域６６を画定する、屈曲方向および伸展方向に移動してもよい。例えば、肘装具の使用時において、屈曲方向に相当する装具の動作は、前腕が上腕に近づくとき（例えば、腕が屈曲し、二頭筋が収縮しているとき）である。同様に、伸展方向に相当する装具の動作は、前腕が上腕から離れた方向へ移動するとき（例えば、腕がまっすぐになり、三頭筋が収縮しているとき）である。従って、装具７の内側領域６５は、装具７の一部が屈曲時に別の部分に面しており、さらに、屈曲時に別の部分に接近する領域を含む。同様に、装具７の外側領域６６は、装具７の一部が伸展時に別の部分に面しており、さらに、伸展時に別の部分に接近する（または屈曲時に互いに離れた方向に移動する）領域を含む。
【００３４】
例えば、腕の場合、外側領域６６は、三頭筋、肘頭（肘の裏の一点）、および前腕の下面（握手位置における手および腕）に近接する領域である。足首の場合（図１６に示すように）、外側領域６６は、ふくらはぎ（下脚の裏）、アキレス腱、かかとの裏、および足の裏に近接した領域である。手首の場合（図１７に示すように）、外側領域６６は、前腕の上部（腕を前方にまっすぐ、床に平行に伸ばす、手のひらを床に向ける）、手の裏、および指の裏に近接した領域である。手の場合（図１８に示すように）、外側領域６６は、前腕（腕を前方にまっすぐ、床に平行に伸ばす、手のひらを床に向ける）、手の裏、親指の裏、および親指以外の指の裏の上部に近接する領域である。
【００３５】
同様に、膝装具（図示せず）の内側領域は、膝腱、膝の裏、およびふくらはぎ（足の裏）に近接する領域である。膝装具のための外側領域は、大腿四頭筋、膝の前面（膝蓋骨）、および脛の前面（脚の前面）に近接する領域である。この場合、屈曲方向に相当する装具の動作は、足が膝腱（脚の裏）に接近するときであり、および、伸展方向は足が膝腱から離れた方向に動くとき（または足をまっすぐにする）である。
【００３６】
アクチュエータアセンブリ体積（例えば、１スプロケット）のいくつかの部分は装具７と同軸に配置してもよいが、本発明の実施形態は、装具７の外側領域６６においてアクチュエータアセンブリ体積（例えば、モータ、歯車ヘッド、１スプロケットおよびチェーンの大部分）の大部分を配置してもよい。
【００３７】
装具７の外側領域６６にアクチュエータアセンブリの体積および質量の大部分を配置することには多くの利点がある。従来、着用可能な応用例に十分に小型および軽量を保ちながら、非同軸アクチュエータが可能な作動システムがほとんど設計されていなかったため、着用可能なロボットデバイスに実現させることは困難であった。本発明の実施形態は、軽量の着用可能なシステムと組み合わせた新規の形状、高強度の素材、トルク制限特性、コンポーネント構成、取着位置により、これを可能にする。
【００３８】
図１４および図１５に示すように、制御システム１８は、それを通じてユーザがデバイスと相互作用するユーザインターフェースを含む。ユーザインターフェースは、ユーザ入力およびフィードバックのために、単数または複数のノブ、ボタン、スイッチ、タッチセンサ、タッチスクリーン、またはその組み合わせ等の入力１６を含んでもよく、例えば、スピーカ、光源、ＬＥＤ、触覚センサまたはトランスミッタ、ＬＣＤ画面等の視覚的なディスプレイといった、聴覚的なおよび／または視覚的なデバイス等の出力２０を含んでもよい。制御システム１８はさらに、センサ２４からの信号を処理し、ユーザインターフェース１６、２０と通信し、制御アルゴリズムを適用し、出力コマンドをアクチュエータアセンブリ３６に送信するプロセッサ５６を含んでもよい。制御システム１８はさらに、プロセッサ５６と相互作用してもよい電力源５８およびデータ保存および管理システム（図示せず）を含んでもよい。
【００３９】
制御システム１８において種々のコンポーネントと共にデバイスの実施形態が記載および図示されているが、電源５８、ユーザインターフェース、プロセッサ５６等のいくつかのコンポーネントを、着用可能なコンポーネント２上、制御システム１８上、または両方に配置してもよい。上述したように、電気的および機械的ケーブル１２は、着用可能なコンポーネントへ制御システム１８を接続してもよい。機械的ケーブルは、アクチュエータアセンブリ、例えば、両方向プル型（ｐｕｌｌ−ｐｕｌｌ）スロットルケーブルの一部としてもよい。電気ケーブルは、センサ信号、モータ電力、接地、シールド、またはセンサ電力を伝達してもよい。種々のポートおよび／またはコネクタは、外部デバイス、さらなる着用可能なコンポーネントまたはシステム、充電システム、および／またはさらなるセンサへの接続および通信のための制御システム１８上で使用してもよい。さらに、ユーザインターフェースおよびフィードバックメカニズムを含むさらなる制御ユニットを、こうしたコネクタを使用して、主制御システム１８に接続してもよい。制御システム１８は、種々の電気的および機械的コンポーネントを収納するために包囲体５０を含んでもよい。制御システム１８は、ユーザまたはトレーニングを受けた人が、該デバイス上の設定を変更する、該デバイスおよび／またはユーザの状態を監視する、保存された情報を管理する、該デバイスをオンまたはオフする、またはその他の技術的または臨床的な変更を行うことができるようにしてもよい。制御システム１８はさらに、ユーザおよび／または介護人に、移動の範囲、安全についての問題、反復の数、臨床的なアップデート、リハビリ進捗またはその他の技術的または診断的な情報に関する情報を提供してもよい。
【００４０】
このデバイス構成の本実施形態の有利な属性によって、機能的なおよびリハビリ支援としての技術の実際的な実用化が可能になる。例えば、関節の回転軸６４近くの位置にモータ３６を配置することによって、軽量、コンパクトなシステムを可能にする最小限のドライブトレイン４２、４４が実現される。金属管筐体２６におけるモータ３６の配置により、衝撃および異物からシステムを保護しつつ、モータ３６およびユーザ、さらに、電磁放射からのその他の高感度の電気的コンポーネントがシールドされる。筐体２６はさらに、装具７のためのサポート構造としての役目を果たし、着用可能なコンポーネント２の着脱のプロセスを簡略化する。さらに、筐体２６は、臨床的な補助に役立てるため、および装具７の運搬を容易にするため、ハンドルとしての役目を果たす。臨床的な補助には、例えば、物理的タスクの実行時に対象者の肩から重量またはストレスを解放させるために、対象者が該デバイスを着用しているときに、該デバイスの重量のいくらかをサポートまたは携えることを含んでもよい。さらに、ドライブトレインコンポーネント４２、４４は、ユーザの体にコンポーネントが擦傷をもたらす可能性を最小限にするために、腕等の肢の外側に配置される。例えば、駆動アセンブリ４２、４４は、右の腕バージョンのために該デバイスの一方の側、および左腕バージョンのために該デバイスの他方の側に、配置してもよい。アクチュエータアセンブリと肢節の間の衝突の可能性が非常に低い領域にアクチュエータアセンブリを配置すると、肢節への損傷の可能性が潜在的に減少する。例えば、アクチュエータアセンブリの一部が装具の内側領域にあるまたは屈曲方向内に配置されている場合に、肢節は多くの場合、その領域を移動するため、衝突がより起こりやすくなる可能性がある。
【００４１】
この構成の実施形態はさらに、人間工学を向上させる、よくバランスの取れた装具を含む。例えば、アクチュエータアセンブリは、アセンブリが側方に突き出ている肢と同軸にせずに、肢の裏上または外側領域においてその中心に設置してもよい。さらに、構成は、アクチュエータアセンブリの体積の大部分は、関節の側方ではなく、装具の外側領域と称される位置に配置してもよいため、動作時においてその他の体部位と衝突する可能性をより低くなるようにしてもよい。その他の物体との衝突（例えば、ドア枠、椅子のアーム、壁、車両、その他の人々等）は、アクチュエータアセンブリ（例えば、そのモータを含む）の体積の大部分が同軸構成内ではなく外側領域内にある場合に、より低くなるようにしてもよい。さらに、特定の関節のために、構成は、美的により優れたものにしてもよい。
【００４２】
高トルクを達成するために、駆動アセンブリは、モータ３６の出力と直接連結された平面状の歯車ヘッドを含んでもよく、ドライブトレイン内の低減の最終ステージは、平面状歯車ヘッドよりも高いトルク能力を有するチェーンドライブ４２、４４によって達成される。例えば、アクチュエータアセンブリは電気モータを含んでもよく、関節の周囲にトルクを印加するためにギアトレインを介して連結されたギア減速装置は、チェーンおよびスプロケットを使用してもよい。
【００４３】
ＥＭＧセンサ２４は、屈曲または伸展モードで用いるために例えば、二頭筋または三頭筋等ユーザの筋肉に配置してもよい。例えば、二頭筋構成は、二頭筋に装具７を連結させる伸縮性のあるストラップ４の内側にセンサ２４を（例えば、フックおよびループファスナーを使って）取着することにより、実現してもよい。同様に、三頭筋構成は、装具７の第２のセクション３４内に、（例えば、皮膚に対して連続的圧力がかかるように、準拠した圧縮した弾力性のある素材で）フック乃至高感度のパッド２２にセンサ２４を（例えば、フックおよびループファスナーを使って）取着し、センサ２４が三頭筋と接触することで、実現してもよい。
【００４４】
用いる制御アルゴリズムは、ＥＭＧ信号の大きさと比例する第１の方向にトルクを印加してもよく、第２の方向に一定の力を提供してもよい。制御システム１８および装具７の間の長いケーブル１２上の信号送信に関連する電磁ノイズ問題を回避するために、電子的ハードウェア３８（例えば、ＥＭＧ処理ハードウェア）のいくつかを該デバイスの着用可能なコンポーネント２上に配置してもよい。
【００４５】
さらに、該デバイスのより大型で、重量の大きいコンポーネントを、着用可能なコンポーネント２のサイズおよび重量を最小限にするために、外部制御システム１８に配置してもよい。制御システム１８は、該デバイスの可搬性を向上させるために、肩ストラップ１４を備えてもよい。
【００４６】
腕および肘の周囲の動作について実施形態を記載および図示しているが、デバイスはその他の体部位および関節と共に用いるために適合してもよい。例えば、図１６は、足首の周囲の着用可能なコンポーネントを示し、図１７は、手首の周囲の着用可能なコンポーネントを示し、図１８は手の周囲の着用可能なコンポーネントを示す。例えば、該デバイスを足首の周囲に用いるよう適合する場合、ストラップ４は、装具７の脚および足への連結を提供し、感知システムセンサ２４が脚および／または足上のユーザの筋肉からの信号を取得および計測できるようにする。アクチュエータアセンブリはこうして、装具７のセクション３２、３４へのトルクまたは力を足首の関節の周囲に印加する。
【００４７】
同様に、該デバイスの実施形態をほぼ手首の周囲で用いるために適合する場合、ストラップ４は、前腕および手への装具７の連結を提供し、これにより、感知システムセンサ２４が前腕および／または手におけるユーザの筋肉からの信号を取得および計測することが可能になる。アクチュエータアセンブリは次に、手首関節の周囲の装具７のセクション３２、３４へ、トルクまたは力を印加する。該デバイスの実施形態を手に用いるために適合させる場合、ストラップ４は指および手への連結を提供し、こうして、感知システムセンサ２４は、手および／または指のユーザの筋肉からの信号を取得および計測することが可能になる。アクチュエータアセンブリは次に、指の関節の周囲に装具７のセクション３２、３４へトルクまたは力を印加する。その他の実施形態において、該デバイスは、関節の片側のみに連結してもよい。
【００４８】
一実施形態において、モータ３６および歯車ヘッド、およびチェーンおよびスプロケットの縮小４２、４４を介して関節の周囲の動作を導入させるために、トルクを印加する。ねじ山４０をハードストップまたは制限として使用し、これがその移動の範囲を制限するために装具７の構造と衝突してもよい。ドライブトレインおよび潜在的に危険な可動パーツが、プラスティックシェルでできていてもよい保護カバー２８にカバーされる。
【００４９】
種々のデバイスの実施形態とのインターフェースを取る複数のモードが存在してもよい。制御、装具強度、システム利得および感度等のパラメータ、仮想スプリングパラメータおよび強度、ＥＭＧ閾値、最大のおよび最小のトルク、動作の移動の範囲、減衰パラメータ、ユーザフィードバックモード、データロギングパラメータを、ユーザおよび／またはトレーニングを受けた個人により、ユーザインターフェース１６、２０を介して変更および調整してもよい。これらのパラメータのいずれかを、互いに独立させて、または互いに連結させて調整してもよい。例えば、ユーザおよび／またはトレーニングを受けた個人は、互いに独立させて、屈曲方向および伸展方向の補助レベル等の力のパラメータを調整してもよい。上述のパラメータへの調整を行うために、および該デバイスのオペレータへフィードバックを与えるためにユーザインターフェースを使用してもよい。パラメータは、任意の時間、例えば、使用前、使用中（装具が動いている間および／または静止している間を含む）、および／または装具が使用される時間の使用後において、ユーザおよび／またはトレーニングを受けた個人によって調整してもよい。
【００５０】
動作時において、いくつかの本発明の実施形態において、ユーザおよびデバイスの間の継続される相互作用が存在してもよい。例えば、関節の移動の範囲を検出するセンサは、エクササイズの移動の範囲に関してユーザフィードバック（聴覚的な、視覚的なまたは両方）を与えてもよい。カウンタは、完了したエクササイズの数を追跡し、ユーザにそのフィードバックを提供してもよい（聴覚的な、視覚的なまたは両方）。タイマーが経過した時間を追跡し、ユーザにそのフィードバックを提供してもよい。システムは、ユーザまたは介護者に、進捗、例えば、ＥＭＧ振幅またはプロファイル、速度／トルク／力／位置情報を追跡するために使用可能な有益な情報を提供してもよい。聴覚的なまたは視覚的な手がかりは、さらに、例えばバッテリ充電レベル、エラー、該デバイスまたはセンサへのダメージ、メンテナンスの必要事項といった、システムの状態をユーザに通知するために使用してもよい。
【００５１】
デバイスの実施形態は、一方向への力の印加およびその他の方向の力の印加を制御するための種々の制御アルゴリズムを使用してもよい。制御アルゴリズムは、デバイスの非対称の制御を提供してもよい。例えば、出力（アクチュエータシステムへのコマンド）を測定されたＥＭＧ信号の関数にしてもよく（例えば、屈筋または伸筋筋肉）、さらに、測定された時間、位置、速度、加速、力、測定されたトルク、温度、ユーザ入力（例えば、プッシュボタン）、その他の医療または電気的デバイスからの信号（例えば、その他の矯正デバイス、ペースメーカー、パームパイロット、コンピュータシステム等）に関するパラメータを含んでもよい。一方向の力は第１の筋肉からのＥＭＧ信号に基づいてもよく、第２の方向の力は第１の筋肉からのＥＭＧ信号に基づいてもよく、第２の筋肉からのＥＭＧ信号に関してもよく、および／または任意の感知されたＥＭＧ信号の欠如に基づいてもよい。しかし、第２の方向の力は、第１の方向と同じ関係を使用せず、こうして２つの力は非対称となる。ＥＭＧ信号の関係に加えて、一方または両方の方向の力はさらに、その他の入力に基づいてもよい。
【００５２】
例えば、本デバイスの実施形態は、ＥＭＧセンサがユーザアクティビティまたはユーザが生成した信号を検出するまで、所定のスピードでまたは所定の軌跡によって、該デバイスによって肢が移動の範囲を受動的に移動する動作モードを有してもよい。こうしたアクティビティまたは信号の検出において、該デバイスは、ユーザのアクティビティまたは信号へ、より応答性の良い方法で挙動するようにその動作モードを変化させてもよい（例えば、上記のように、一方向の力が第１の筋肉からのＥＭＧ信号に基づくものであってもよい、第２の方向の力が第１の筋肉からのＥＭＧ信号に基づくものであってもよい、第２の筋肉からのＥＭＧ信号に関連してもよい、および／または任意の感知されたＥＭＧ信号の欠如に基づくものであってもよい場合）。
【００５３】
ユーザインターフェース１６、２０は、いずれかの数の方法で使用してもよい。例えば、動作時において、臨床医またはユーザは、ユーザインターフェースからの二頭筋モードまたは三頭筋モード等のデバイスの動作のために、任意の数のモードを選択してもよい。二頭筋モードにおいて、デバイスは、二頭筋方向のＥＭＧに比例する補助および伸展方向の戻る力を提供してもよい。三頭筋モードにおいて、該デバイスは、三頭筋方向のＥＭＧと比例する補助および屈曲方向の戻る力を提供する。該デバイスはさらに、複数の入力を可能にする二頭筋および三頭筋モードを有してもよい。戻る力は、一定の力、ばね、非線形の力等にしてもよい。種々の制御アルゴリズムを、以下により詳細に記載する。
【００５４】
デバイスの実施形態は、さらに円滑化（ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｏｎ）モードを有してもよい。脳卒中の患者は、その三頭筋を屈曲させる力が欠けているため、多くの場合、肢を伸展させることが困難である。多くの場合、患者が例えば、治療者の手といった、押し付けるものを持っている場合、患者は、肢を伸展するために適切な筋肉を活性化することができる。このプロセスは円滑化と呼ばれ、多くの場合、言葉による励まし、および／または適切な肢節または筋肉グループのタッピング／押す／ぶらぶらさせることを伴う。
【００５５】
本発明の実施形態は、押し付けるまたは抵抗するための力をユーザに与える手段として、ユーザの肢に対してトルクを印加してもよい（フィードバック有り、または無しによって）。この力またはトルクの印加は、その他のフィードバック手段と共に行ってもよい（例えば光源の色が変化すると、押すことの開始を示し、または装具がユーザの腕を特定の方向に押し始めると、スピーカからの音声が「もう腕を動かせないでください」と言う）。さらに装具動作に伴う、さらにユーザの肢の動作を促すために、該デバイスは、トルクの印加と併用して、またはその代わりに肢の種々のパーツを軽くたたいたり、絞ったり、振動させたり、圧力を印加させたりするアクチュエータを有することにより、ユーザを刺激してもよい。例えば、該デバイスは、動作を行う支援を行うために適切な（例えば、機能が低下している）筋肉において伸展反射に関する神経を刺激してもよい。該デバイスは、ユーザが、用いるべき筋肉グループに注意を払うまたは集中する補助をしてもよい。その他の刺激（例えば、アクチュエータ、電気刺激（ｅｓｔｉｍ）、振動触覚アクチュエータ、音響、視覚等）を、該デバイスの円滑化時または一般的な使用時に使用してもよい。例えば、三頭筋上の振動器は、これが活性化させる筋肉であることをユーザに思い出させるために、ユーザが腕を伸展するように求められると振動してもよい。
【００５６】
使用時において、デバイスの実施形態は、ユーザの自然な電気的オフセットを補うために、各セッションを補正するべきである（ＥＭＧ筋活動から休止条件を区別するために）。該デバイスは、装具がその較正モードであるときに中立位置（例えば、およそ９０度）でユーザの腕を保持する、またはユーザに腕を保持させることで自動的に較正してもよい。例えば、該デバイスは、肢を所定の位置において保持し、９０度で保持される腕では約１０秒等の指定された時間で較正してもよい。この較正ステップ（例えば、較正時の腕の適切な角度の配置を維持する）は、筋長依存電気出力オフセット（ＥＭＧ）が存在するために適切な該デバイスの動作を提供するため、中域較正オフセットは、筋肉の全移動の範囲における一定の動作を達成するように設計されている。動作弛緩されたポーズの中域にユーザに肢を保持させることによる該デバイスの較正の方法によって、ＤＣオフセットが差し引かれ、これは中域電気的オフセットに対応する。
【００５７】
本システムの実施形態は、ユーザの電気的オフセットの変化が検出される場合に、動作時において、較正の値をさらに動的に調整する。例えば、較正は、デバイスが調子、発汗、温度、ストレス、疲労、過剰なセンサ運動（または頻繁な接続解除）、脈拍、血中酸素レベル、ユーザ等による過度に高いまたは低い利得設定における変化を検出する場合に、動的に調整してもよい。システムが自動的にユーザの筋肉疲労および変化較正の値を検出する場合、システムパラメータはそれを反映するように変化してもよい。さらに、システムは、信号フィルタパラメータ等の特定のシステムパラメータを動的に調整してもよい。システムが信号特性の、または環境のまたはユーザ特性の変化を検出する場合、フィルタパラメータを動的に調整してもよい（例えば、フィルタ帯域幅）。
【００５８】
デバイスの較正後、動作画面がディスプレイ２０上に表示されてもよく、ここでユーザは例えば、「ゲイン」および「リターン」等、１つ以上のパラメータの値を設定してもよい。「ゲイン」はアクチュエータアセンブリ３６、４２、４４へ比例的な出力コマンドを与えるために、動作の第１の方向に補助レベルを設定してもよい（ＥＭＧの読み取りを縮小拡大する尺度ファクタ）。「リターン」は、例えば、一定の力または別の制御アルゴリズム等、ＥＭＧ信号に対して比例的でなくてもよい動作の第２の方向に力の大きさを設定する。該デバイスはさらに、該デバイスが一定のまたは円滑な力を装具７に提供できるように、当業者には公知であるように、低域フィルタリングまたはＥＭＧ信号の円滑化等のさらなる信号処理が可能である。
【００５９】
本発明の実施形態はさらに、その他の手段によって動作または刺激をもたらすその他の治療的、サポート的または機能的なデバイスと共に使用してもよく、またはユーザの１つ以上の体部位へのサポートを提供してもよい。例えば、肘装具を有するデバイスは（上記に記載されているように）、体部位にかかる重力の力を低減または取り除くことによって、体部位の移動を補助するために、バランスのとれた前腕成形器具、またはその他の体重サポートシステムと共に使用してもよい。あるいは、またはこれに加えて、該デバイスは（例えば、肘装具を有する）に、把握反射等の機能的な電気的刺激（ＦＥＳ）デバイスと組み合わされてもよい。２つのデバイスは、自然な運動パターンを促し、刺激するために共に機能しても良い。例えば、該デバイスは、（電気的刺激によって）肘が予め設定した角度に達した場合にのみ、または二頭筋のアクティビティが特定のレベルに達した場合にのみ、または三頭筋が特定の閾値の下に弛緩した場合にのみ手が近づくように相互作用してもよい。あるいは、手を閉じることで、プッシュボタンスイッチによってユーザ作動（ＦＥＳを使って）してもよく、二頭筋の弛緩が閾値未満であると肘デバイスが測定した場合にのみ、（ＦＥＳを使って）開いてもよい。その他の実施形態において、該デバイスは、「手を伸ばし、握る」軌跡等のプログラムされた軌跡を有してもよい。この場合、ユーザは肘デバイスによって認識されるリーチを開始し、次に肘が最大伸展に近づくとこれによって手のＦＥＳデバイスが接近するようになる。こうして、手は二頭筋および／または三頭筋が閾値未満で弛緩する場合に、その握った状態を解放してもよい。
【００６０】
本発明の実施形態はさらに、例えば、ダンス、スポーツ、ビデオゲーム、ミュージカルパフォーマンス、アートの創造的活動等のレクリエーション的運動パターンによって補助するために使用してもよい。
【００６１】
電気刺激および矯正用電力は、同じ筋肉グループまたはグループ上でデバイスと共に使用してもよい。例えば、ＦＥＳ電極を三頭筋上に配置してもよく、動力で作動する矯正デバイスを腕に着用してもよい。電気刺激を、動作を開始し、またはユーザ意識を促進し、または筋肉を「目覚めさせる」ための手段として使用してもよい。筋肉が少しアクティブとなりユーザによって制御されると、ＦＥＳの量を低減し、矯正デバイスによって印加されるより痛みの少ない補助的なトルクによって元に戻してもよい。
【００６２】
本発明の実施形態はさらに、ＥＭＧ感知（筋肉レベルでのより低いレベル感知）を中性刺激因子（脳レベルでのより高いレベル感知）と組み合わせてもよい。例えば、中性刺激因子は、皮層的刺激または周辺部の刺激を含んでもよい。刺激因子は、本質的に、機械的、電気的、化学的、音響的、電磁的、および／または磁性的にしてもよい。同様に、実施形態は、脳レベルでのより高いレベル電気的、化学的または機械的刺激等の神経系の刺激を伴うデバイスによって肢にトルク／力の印加等の機械的作動の組み合わせを含んでもよい。例えば、該デバイスは深い脳刺激、皮層的刺激、または周辺部の刺激と共に使用してもよく、およびＥＭＧ感知を、脳刺激または周辺部の刺激で使用されるパラメータ（例えば、頻度、持続時間、大きさ）を制御する、またはこれによって制御されるために、閉ループ制御システムにおいて使用してもよい。
【００６３】
デバイスの実施形態はさらに、ユーザインターフェースをその他のデバイスと共有してもよい、例えば、その他のデバイスはユーザインターフェース１６、２０を使用してもよくおよび／またはデバイスはその他のデバイスのインターフェースを用いる。複数のデバイス、例えば、いくつかは動力で作動する矯正デバイスにしてもよく、およびいくつかは、共通のユーザインターフェースと共有しなくてもよい。この共有のユーザインターフェースは着用可能にしてもよく、有線または無線にしてもよく、パーソナルコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、携帯電話等にしてもよい。例えば、ユーザインターフェースを動力で作動する矯正デバイスと共有してもよいシステムは、ペースメーカー、血糖値測定器、電気的刺激デバイス、心拍数測定器を含んでもよい。さらに、ユーザインターフェースは、入力および出力デバイスとして機能してもよく、この両方は、ユーザ（例えば、システム設定の変更等）からコマンドを受け入れ、情報をユーザ（例えば、画面上の情報を表示する）に提供する。
【００６４】
本発明の実施形態は、デバイスとは離れている制御システム１８に配置されている全てのＥＭＧ処理、モータ制御、ユーザインターフェース、アクチュエータおよび電子的ハードウェアを有してもよい。好適には、着用可能なコンポーネント２の重量およびサイズは最小にされる。制御システム１８は肩に着用してもよく、またはユーザに対して静止してもよい。機械的トルクおよび力を、柔軟性のあるドライブトレインによって装具７に伝達してもよい。その他の実施形態において、全ての処理、モータ制御、アクチュエータ、センサおよび電力源を、周辺機器と全く関連していない完全に持ち運び可能でシステムを提供するために、着用可能なコンポーネント２上にまたは同コンポーネント内に配置してもよい。
【００６５】
バッテリーパックは、着用可能なコンポーネントに接続してもよく、および／または制御システム１８へ、ケーブルを介して接続してもよい。例えば、着用可能なコンポーネント２上に着用可能な（またはコンポーネント２の内部にある）制限された能力を有し、可搬性を最大限にし、ワイヤの必要性を完全に取り除く、小型のバッテリーパックが存在することができる。より長い実行時間を可能にする使用可能なより高い能力バッテリが存在することができるが、着用可能なコンポーネント２に着用するには重すぎるまたは大きすぎるようにしてもよい。このバッテリーパックは、ベルト、バックパック、ポケット、またはユーザの体のその他の部分にプラグインおよび着用してもよい。より大きいバッテリーパックはさらに、ユーザに対して例えばテーブルトップ上で静止していてもよい。
【００６６】
デバイスの実施形態は、その周囲を該デバイスが回転する関節のサポートはユーザの関節であるように、機械的構造を有してもよい。言い換えると、該デバイスは、その関節の周囲の動作を行うように、関節の上および下のユーザの体に連結してもよく、力またはトルクをこうした点に印加してもよい。該デバイスは、それ自体のヒンジまたは旋回軸関節を有しなくてもよい。
【００６７】
デバイスの実施形態は、特定の服（例えば、長袖のシャツ）の着用がデバイスの着用を含み、および、センサおよびアクチュエータが服それ自体に保持されるように、服に組み込んでもよい。この場合、電力源（例えば、バッテリ）は、服に組み込まれてもよく、または服に取り外し可能に取着可能にしてもよい。
【００６８】
デバイスの実施形態はさらに、適切な関節との該デバイスとの適切な整列を確実にするためのシステムおよび／または手順を有してもよい。例えば、手順は、主要な身体構造上の特徴による整列のための該デバイス上の視覚的な目印、肢を装具にしっかり押し付けたときの自動的な装具の整列のための固定された角度、ユーザが肢を固定のために押し付けている間に該デバイスを位置固定するためのサポート構造で構成されてもよい。
【００６９】
図１９は、本発明の実施形態に従った、デバイスの基本的なコンポーネントを示す。概して、感知システムは複数のセンサ２４から情報を収集し、処理システムへこうした信号を送信する。センサ２４が収集する情報は、ユーザ、装具、アクチュエータアセンブリ、処理システムおよび／または環境からのものにしてもよい。処理システムは、次に、こうした信号を処理し、アクチュエータアセンブリへと出力信号を生成する。アクチュエータアセンブリは、トルクおよび力を装具７に印加する。さらに、ユーザインターフェースは、ユーザが処理システムへ入力を行えるように、また、処理システムが情報をユーザに表示できるようにする入力および出力デバイスを含んでもよい。データ保存および管理システムは、該デバイスおよび／またはユーザからのデータを記録および保存してもよい。
【００７０】
ユーザインターフェースは、デバイスに保存される該デバイスのパラメータまたは使用／ユーザデータへの複数のレベルのアクセス制御を可能にしてもよい。例えば、ユーザはデバイスまたはその周辺機器（制御システム１８）上のコンパクトなユーザインターフェースによって調整可能にしてもよい特定のパラメータ（例えば、補助レベル、ばねの強度、動作モード、体積、フィードバックモード等）を制御できるようにしてもよく、その一方で、その他のパラメータは、制御されたアクセスを有していてもよく、およびこうした変更を行うために、接触型のデバイス（例えば、キーまたは指紋読み取り装置）または非接触型のデバイス（例えば、バーコードまたは無線周波数認証（ＲＦＩＤ）読み取り機を使って）でもよいキーまたはコードを有する、または有線または無線接続を介してデバイスとインターフェースを取るハンドヘルドまたはデスクトップデバイス（例えば、コンピュータ）を有する、資格のある個人によってのみ調整可能にしてもよい。ユーザインターフェースは、システムパラメータの変更、使用およびユーザデータおよび診断のダウンロード、ユーザプロファイルおよび使用手順のアップロード、システムメモリの消去、デバイスの較正、またはユーザトレーニングセッションの実行を可能にしてもよい。例えば、ユーザは、まず、臨床医の施設においてデバイスを装着してもよく、ここで、臨床医はデバイスをユーザに配置しコンピュータに接続する。この初期セッションには、デバイスの較正およびパラメータの調整を含んでもよく、その後、ユーザがデバイスを用いるトレーニングセッション、例えば、デバイスの動作に慣れるためにコンピュータ画面上のカーソルを動かしたり目的物をたたいたりするゲームのプレイを行ってもよい。リハビリ手順は、同様に、臨床医のコンピュータ接続を介して、デバイスにアップロードしてもよい。患者は、次に、機能的なタスクおよびリハビリエクササイズを行って、コンピュータ接続せずに以降のセッションのためにデバイスを作動させてもよい。同様に、ユーザインターフェースは、ユーザに関連する高感度のデータを保護するために、資格のある個人または代理人のみがアクセスしてもよいセキュアなアクセスレベルを有してもよい。
【００７１】
デバイスの実施形態はさらにシステム動作時において、コンピュータまたはその他のリモートユーザフィードバックと相互作用し、これに接続してもよい。これには、使用時における、ユーザまたは臨床医への進捗情報の表示を含んでもよく、または治療セッションをより直感的で、機能的な、興味深い、または楽しい、例えば、ゲームをプレイすることにより、肢の動作を促進または奨励するために使用してもよい。これにより、さらに、臨床医は、ユーザによるデバイスの使用をリモートで制御または監視することができるようにしてもよい。例えば、ユーザは、ケーブルまたは無線でインターネットに制御システムを接続させてもよく、これによって該デバイスは離れた場所に位置している臨床医またはその他の人と通信できる。こうして、臨床医は設定の調整、セッションの監視、システムの値／パラメータの監視、または制御およびデバイスの制御および駆動を行ってもよい。臨床医は、装具を装着するユーザの動きの動作／強度／スピード／クオリティ等を臨床医が感じるかまたは視覚化することができるようにする、対応するロボットまたは触覚デバイスをさらに有してもよい。これにより、療法士および患者が離れた場所にいる場合でも治療セッションが実行できる。
【００７２】
デバイスの実施形態は、複数のデバイスとインターフェースを取り、これに電力を提供し、これからデータを記録し、このパラメータを更新し、または作動するために使用してもよい周辺制御ユニット（制御システム１８等の）を有してもよい。例えば、一制御ユニットは、複数の動力で作動する矯正デバイス、その他の医療デバイス、ホームオートメーションデバイス、診断および監視システム、環境の制御およびセンサと通信および相互作用してもよい。同様に、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを用いる複数の制御システムは、１つ以上のデバイスと相互作用してもよい。一電源はさらに、デバイスまたは複数のデバイスに電力を提供してもよく、および複数の電力供給はデバイスまたは複数のデバイスへ電力を提供してもよい。
【００７３】
デバイスの実施形態はさらに、デバイスからデータを記録および保存してもよいデータ保存および管理システムを有してもよい。データ保存システムは、ケアデータ形式のその他の標準を組み込んでもよく、追跡、データロギングおよび／またはその他のアプリケーションおよびデバイスとの同期化、例えば、ホームオートメーションにおいて、を提供してもよい。使用時に、該デバイスは、動作時においてユーザデータを計測および保存してもよい。データは、進捗の測定基準（例えば、移動の範囲、動作スピード）、医療診断（例えば、バイタルサイン、血圧、体温度、発汗、脈拍）、一般的なデータロギング（例えば、使用時間）および使用パターン（例えば、デバイスが設定する時間および期間）を含んでもよい。この情報は、ユーザおよび／または臨床医に対して表示され、治療手順、用量、補助レベル、デバイスパラメータ、サイズ決め等を決定する助けとなるようにしてもよい。例えば、情報は、デバイス補助の量的な測定（例えば、現行のＥＭＧレベル、利得、ばね等による測定）、および患者パフォーマンスの量的な測定（例えば、肘の移動の範囲、加速度計データ、平均の動作スピード、動作頻度、動作スムーズさ等に基づく腕の使用量）の間の割合を計算するために使用してもよい。情報は質的な測定を含んでもよい、例えば、ユーザは、ユーザがデバイスを動かすのに貢献している補助の量を示す。情報は、アイテム、外部の手助けの量（例えば、その他の介護者）、デバイスの手助けの量（例えば、デバイスの利得レベル、計測トルク、またはデバイスの力など）、および／または成功の測定（例えば、使用量、移動の範囲、加速、スピード、頻度、スムーズさ等）の組み合わせを含んでもよい。システムは、ユーザの進捗、頻度および使用の継続時間、使用パラメータ（例えば、移動の範囲、速度／力／トルクプロファイル、選択された利得、減衰係数およびシステム設定）、およびＥＭＧ信号の履歴に関する多くの情報（上記で記載された全てのものを含む）を（永続的または一時的なメモリによって）保存する能力を有してもよい。この情報は、ユーザの進捗を追跡する、またはそれに従ってシステムパラメータを調整するために情報を使用してもよいユーザ、介護者、療法士、医師またはその他の個人によって後でアクセス可能にしてもよい。多次元的測定は、デバイスによって測定された寸法の１つ以上と共に測定および／または保存してもよい。情報は、手動で、またはその他の手段によって（その他のデバイス、アドオンコンポーネント等）記録してもよい。情報は、例えば、多次元的測定、その組み合わせ、および／またはその間の関係に基づいて、デバイスによって処置を自動的に修正するために使用してもよい。
【００７４】
デバイスの実施形態はさらにいくつかの安全メカニズムを含んでもよい。該デバイスはセンサ接続解除の感知を備えてもよい。例えば、該デバイスは、皮膚、センサ信号の特性に基づいて、センサ２４が皮膚との接触を失った時期を検出してもよい。このアルゴリズムは、ＥＭＧセンサ接続解除（皮膚からの分断）が検出される場合にトルク生成の自動的な停止をもたらすようにしてもよい。システムは、次に、センサの接触が回復されるまで（例えば、アクチュエータアセンブリの電力をオフにすることで）安全な方法で応答する。再接続が検出される場合、この停止は中断され、該デバイスは、時間遅延後に、通常の動作に復帰する。
【００７５】
デバイスの実施形態はさらに、体の自然な制限を越えて肢を押すことで、損傷の可能性を防止するための、安全な移動の範囲の制限を備えてもよい。例えば、該デバイスは、図８に図示のように、ねじ４０等の物理的なストップを除去および再挿入することにより調整可能にしてもよい移動の範囲上の機械的制限を有してもよい。さらに、電気機械または光電子センサ（例えば、ホールセンサ、光センサ、電位差計、レーザー照準機、スイッチ、ボタン）を、その移動の範囲の装具位置に関するデバイスのフィードバックを行うために使用してもよい。これによって、デバイスが移動の範囲の端への近接に関してユーザへフィードバックを行うことができるようにしてもよく、機械的制限によって衝突を防止するためにアクチュエータアセンブリへの出力信号をさらに制限してもよい。特定のセンサ（例えば、ホール効果センサ）は、移動の範囲の端への近接に関して、正確さのグラデーションを提供してもよく、その一方で、その他のセンサは、ただオンまたはオフにしてもよい（例えば、スイッチ）。該デバイスはさらに、ソフトウェアによって提供される移動の範囲の制限を有してもよい。これらの物理的なまたはソフトウェア動作制限の任意の組み合わせを使用してもよい。
【００７６】
デバイスの実施形態はさらに、アクチュエータアセンブリによって、アクチュエータアセンブリ（例えば、アクチュエータアセンブリによってトルク印加を以降制限する）に提供される電流を制限する制御システムの提供によって提供されるトルクを制限してもよい（例えば、安全の理由上、過剰なトルクによるオーバーロードからシステムコンポーネントを保護する手段としての、ユーザの保護）。短期間の高電流の上昇を可能にしてもよいが、持続する高電流を可能にすることはない「ソフト」制限が存在してもよい。絶対的な電流制限を提供し、これは、これ以上の値ではアクチュエータアセンブリが現在の入力を受信しない現在の値にしてもよい付随する「ハード」制限が存在してもよい。これによりシステムは短期間の高トルクを処理することが可能であるが、印加トルクの最近の履歴に基づいて任意の所定の時間での許容可能トルクの減少と共に、全ての時間における最大許容トルクを制限する。
【００７７】
デバイスの実施形態はさらに、装具がその物理的な移動の範囲の端の近くにあるときにモータに電流が送られるのを停止させる（例えば、以降、モータがトルクを印加するのをストップ）ために制御システムにコマンドを送る、物理的な移動の範囲の端の近くにセンサを有するシステムを提供することで、デバイスの制限またはユーザの物理的な移動の範囲の制限に対して、モータに連続して押させないようにしてもよい。
【００７８】
処理システムは種々の制御アルゴリズムをアクチュエータアセンブリに応用し、適切な印加、タイミング、および異なる制御アルゴリズムの組み合わせに関連している。これらの制御アルゴリズムのいくつかを、以下により詳細に記載する。アクチュエータアセンブリは、処理システムからそのコマンドを受信し、トルク、力、速度、および／または装具７のセクション３２、３４への位置を応用する。
【００７９】
図２０は、本発明の実施形態に従った、非対称のＥＭＧ制御されたデバイスで使用してもよい、例示的な制御アルゴリズムおよびアルゴリズムが基づく変数を示す。制御出力信号は、アクチュエータアセンブリに送信されるコマンドである。図２０は、種々の制御出力信号関係は、アクチュエータアセンブリにコマンドを送る１つのコマンド信号を提供するために組み合わせてもよい方法を示す。図示のように、単純な演算の組み合わせを使用してもよく（１’）、ここで、アクチュエータアセンブリへのコマンド信号を生成するために、種々の関係からの出力信号（このいくつかは以下の図２１乃至図２７に図示）が加算、減算、乗算、除算、または任意の組み合わせ（線形または非線形（２’））が行われる。条件的関係を使用してもよく（３’、４’）、その場合、種々の出力信号を組み合わせるためのアルゴリズムは特定の適合する条件に依存する。こうした条件的関係（４’）の論理の組み合わせをさらに使用してもよい。さらに、上記の技術の任意の組み合わせはさらに、あるコマンド信号を生成するために種々の出力信号を組み合わせるために使用してもよい。
【００８０】
図２１は、制御アルゴリズムの特徴を表すグラフを示し、これはすなわち、制御出力信号およびユーザの筋肉（ＥＭＧ１）からの測定されたＥＭＧ信号の間の関係である。図２１乃至図２５において、アクス（ａｘｅｓ）は次の意味がある。つまり、正の出力信号は、関節の周囲の第１の方向におけるアクチュエータトルク、速度または動作に相当し、負の出力信号は、関節の周囲の第２の方向のアクチュエータトルク、速度または動作に相当し、ＥＭＧ１は第１の方向のＥＭＧ信号のフィルタ後の絶対値である。図２１において、ｙ−インターセプト（１’）は第２の方向における最大の出力信号である。これは、ＥＭＧ１の値がゼロである場合にシステムが与える出力信号である。出力信号およびＥＭＧ１の間の相関関係は、線形または非線形でもよく、第１の方向（４’、５’、６’）、および第２の方向（２’）の、２つの別々の領域で考えてもよい。ゼロ交差点（３’）は、出力信号が方向を変えるＥＭＧ１の値である。関係勾配が変化する、または関係が線形から非線形へ変化する、任意の領域におけるブレイクポイント（４’）が存在してもよい。関係の勾配がゼロになる飽和制限（６’）が存在してもよく、これは、出力信号が、ＥＭＧ１の値に関係なく、超えることのない最小または最大の「底値」または「最高」に達することを意味する。これは、筋活動における異常に高い上昇の場合、過剰なトルクを防止するために、安全メカニズムとして機能してもよい。
【００８１】
図２２は、別の制御アルゴリズムの特徴を表すグラフを示す。このシナリオにおいて、第２の方向（１’）、および第１の方向（４’）における出力信号の飽和が存在してもよい。図２２はさらに、ゼロ交差と一致するブレイクポイントと共に、第１の（２’）および第２の（３’）方向の両方におけるＥＭＧ１および出力信号の間の非線形関係を示す。
【００８２】
図２３は、別の制御アルゴリズムの特徴を表すグラフを示す。図示のように、出力信号およびＥＭＧ１の間の関係は必ずしも単調ではないが、勾配が減少から増加に変化する（１’）、またはその逆（２’）である、変曲点を有してもよい。例えば、各方向の最大の絶対的出力信号の値は、出力信号飽和の前、またはＥＭＧ１がゼロに達する前に達してもよい。
【００８３】
図２４は、別の制御アルゴリズムの特徴を表すグラフを示す。図示のように、出力信号およびＥＭＧ１の間の関係において、ゼロ勾配（１’）の領域、無限勾配（２’）の領域、または非連続性（３’）が存在してもよい。例えば、出力信号は、ＥＭＧ１の低い値では一定にしてもよく、ＥＭＧ１の特定の値ではゼロにジャンプしてもよい。さらに、ＥＭＧ１の値が別の、より高い値に達するまで出力信号は変化方向を変化させなくてもよい（および第１の方向にトルクが生じる）。これは「デッドバンド」（３’）として考えてもよく、これは、いくつかの公称値の前後のＥＭＧ１における小さな摂動に対する出力信号の感度を最小限に抑える働きをしてもよい。
【００８４】
図２５、別の制御アルゴリズムの特徴を表すグラフを示す。図示のように、出力信号およびＥＭＧ１の間にヒステリシスの関係が存在してもよい。ＥＭＧ１が増加している場合に関係は特定のパスをたどり、ＥＭＧ１が低下している場合には異なるパスをたどるようにしてもよい。例えば、出力信号は、ＥＭＧ１が増加している場合には曲線（１’）をたどり、ＥＭＧ１が低下している場合には出力信号は曲線（２’）をたどってもよい。あるいは、（２’）のようにＥＭＧ１が方向を変化させる場合に（一曲線から別の非連続的に曲線へジャンプするよりも）出力信号は、「ＥＭＧ１低下」または「ＥＭＧ１増加」曲線から直接始まる履歴パス（３’）をたどってもよい。
【００８５】
図２６は、制御出力信号および関節位置、関節速度、電流および種々の測定された力またはトルク等のその他の測定されたパラメータの間の可能性のある関係を示す、別の制御アルゴリズムの特徴を表すグラフを示す。図示のように、関係は、線形（１’）または非線形（２’、３’）、増加または減少（３’）または両方にしてもよい。また、関係は連続的または非連続的（１’）にしてもよく、正のおよび負のコンポーネントを有してもよい。関係はさらに、漸近的にしてもよく、飽和制限（２’）を有してもよい。
【００８６】
図２７は、制御出力信号および温度または時間等のその他の測定されたまたは測定されていないパラメータの間の可能性のある関係を示すその他の制御アルゴリズムの特徴を表すグラフを示す。図示のように、関係は、線形または非線形（１’、２’、３’）、増加または減少（３’）または両方にしてもよい。関係は連続的または非連続的（１’）でもよく、正のおよび負のコンポーネントを有してもよい。関係はさらに漸近的でもよく、飽和制限（２’）を有していてもよい。これらは、ゼロ勾配の領域、および無限勾配領域（１’）を有してもよい。
【００８７】
図２８乃至図３０は、非対称の制御アルゴリズムの特徴を図示するグラフを示す。アクチュエータアセンブリへのコマンド出力の式を、図３０に示す。図示のように、直線（１’）の勾配、および定数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）の値は、ユーザインターフェースによって調整可能である。
【実施例】
【００８８】
本明細書に記載される実施形態に従った、非対称のＥＭＧ制御された矯正デバイスが構築され、および健康な個人および脳卒中を患った人に対する臨床試験に使用された。制御アルゴリズムは、脳卒中を患った人がデバイスを制御できる、および後遺症の残った関節のリハビリの促進の両方の点で効果的であることが証明された。図３１および図３２は、業界標準のリハビリ尺度（Ｆｕｇｌ−ＭｅｙｅｒおよびＡｓｈｗｏｒｔｈ）による、臨床試験の対象者のリハビリ進捗を示すグラフである。
【００８９】
ＥＭＧ制御された矯正デバイスの実施形態は、様々な方法でおよびリハビリまたは機能的な支援としての種々の手順で使用してもよい。例えば、リハビリのエクササイズ方法は、ユーザの機能的な能力を向上させるための慣れているおよび／または機能的なタスク、またはそのコンポーネントの実行を含んでもよい。このため、対象者の機能的な能力を、まず、デバイスをオンにせずに種々のレベルに評価および分類してもよい。例えば、使用してもよい３つの分類レベルを以下に挙げるが、種々の特性を有する任意の数のレベルも使用可能である。さらに、分類レベルは腕の動作および関連する治療に関連しているが、その他の特性を有するレベルを、体のその他の部分、例えば、脚、手／手首、または足／足首に使用してもよい。以下の実施例はこのように例示的になっている。
レベルＩＩＩ：高度な運動
目的：腕を使用し、全てのコンポーネントを組み込む機能的なタスクを正常に行う
特性：
・シナジーによる、腕の意思的な動作
・動作を行うために余分の固有受容性（ｅｘｔｒａ  ｐｒｏｐｒｉｏｃｅｐｔｉｖｅ）入力は不要
・機能的なアクティビティを行うために、常に、意思的な屈曲／伸展の繰り返しを行うことができる
・異常な肩動作をブロックするために最小限の補助への言葉による手がかり
・姿勢のために、何も必要無し、または言葉による手がかりが必要
・より良いスピード、スムーズさで屈曲から伸展への繰り返しのタスクを実行可能
・治療における頻度および耐性の増大
・治療中に必要な補助が少ない
・複数の平面および対角線における、機能的な可動性を有するタスクを実行可能、およびタスクに対するチャレンジの増大
レベルＩＩ：レベルＩに対して制御された動作の増大
目的：機能的なタスクコンポーネントを実行するために、屈曲および伸展の利用可能な範囲で関節を動かす
特性：
・二頭筋および三頭筋の一定の意思的な動作
・動作を実行するためにいくつかの余分の固有受容性入力が必要
・シナジーのミックス使用
・異常な肩動作をブロックするために必要な最低限の適度の補助
・姿勢のために必要な適度の言葉による手がかり
・タスクをゆっくりと行うことができる、「ぎくしゃく」していてもよい
・治療における適度の耐性、いくつかのタスクの増大した頻度および反復を許容可能
・治療中に必要な適度の補助
・まっすぐな平面（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｐｌａｎｅ）、座った状態または立った状態で、タスクを最も良く実行可能
レベル１：安定性および可動性
目的：最大限の能動的移動の範囲を達成し、運動のための安定した基盤を提供する
特性：
・二頭筋、三頭筋その両方を読み取るいくつかのＥＭＧ
・動作を実行するために余分の固有受容性入力が必要、療法士による手動の回内運動／回外運動が必要な場合がある
・シナジーからの腕の意思的な動作はほとんどない
・機能的なアクティビティを実行するために、筋肉を常に奮起させることが不可能
・異常な肩動作をブロックするために適度に最大限の補助にする必要がある
・姿勢のために最大限の言葉による手がかりが必要
・治療時に高い補助レベルが必要
・ほとんどのタスクは座って、または最も簡単なものとして実行
例えば、非常に限られた能力を持つ対象者は、レベルＩに該当する１つ以上の特性を有してもよく、限られた能力を持つ対象者は、レベルＩＩに該当する１つ以上の特性を有してもよく、さらなる適度の能力を持つ対象者は、レベルＩＩＩに該当する１つ以上の特性を有してもよい。当然ながら、対象者は、対象者の能力があるレベルから次のレベル、例えば、レベルＩおよびレベルＩＩの間またはレベルＩＩおよびレベルＩＩＩの間に移行している場合に、２つのレベル以内に該当する１つ以上の特性を有してもよい。
【００９０】
対象者の能力を本明細書の実施形態に従ったデバイスを使用せずに評価した後、種々の物理的タスクを、デバイスの使用時または着用時に実行してもよい。デバイスの使用中において、対象者は、典型的には、対象者の評価された能力レベルに該当する特性を有し、より高いレベルに該当するいくつかの特性を有してもよい。例えば、対象者がデバイスを使用せずにレベルＩと評価される場合、対象者は、デバイスを用いる場合に、レベルＩおよびレベルＩＩに該当する特性を有してもよい。物理的タスクは、影響を受ける筋肉の種々の面を利用する運動の異なる区分または種類を含んでもよい。例えば、物理的タスクは、腕の機能が低下した対象者のために以下の区分を含んでもよい。
Ａ．機能的な設定において物体を操作するために両側全体の握力を利用する
Ｂ．機能的なタスクのために意思的な片側の伸展を向上させるために、影響を受ける腕を使用
Ｃ．影響を受けない腕で機能的なタスクを実行するために、物体を安定化させるために影響を受ける腕を使用
Ｄ．機能的なタスクのために意思的な片側の屈曲および解放を増大
各カテゴリおよびレベルで使用してもよい物理的タスクのいくつかを以下に挙げる。物理的タスクのいくつかにおいては、小見出しは、タスクの困難さを増やす／減らすためにタスクを修正するために、同じタスクまたは方法の異なる適合を含んでもよい。
カテゴリＡ、レベル３．両手による、ランドリーバスケット／ボックス／クレートに手を伸ばす、持ち上げる、運ぶ
ａ．機能的な可動性の追加
ｂ．タスクにおける重量または用いる物体の大きさの増加
カテゴリＡ、レベル３．テーブル上のボックスについて、両手による、手を伸ばす、動かすおよび積み重ねる
ａ．異なる平面、対角線、または表面高さの利用
カテゴリＡ、レベル２．中線においてテーブル上のボックスをまっすぐ上に持ち上げる、両手で握る
ａ．実行する反復およびスピードの増大
ｂ．重量または用いる物体の大きさの増大
カテゴリＡ、レベル２．テーブル上のクレートまたはボックスを押したり引いたりする
ａ．物体の重量またはサイズの増大
カテゴリＡ、レベル２．木製の物体でまたは麺棒を使った、押したり引いたりするタスク
ａ．エクササイズを実行するスピードの増大
ｂ．立つ、壁に背中でもたれかかる
カテゴリＡ、レベル２．壁での修正したプッシュアップ／リズミカルな安定化
ａ．実行する反復およびスピードの増大
カテゴリＡ、レベル２．木製の物体による、両手のこぐようなタスク（反復的両側のエクササイズ）
ａ．スピードの増大
ｂ．肩屈曲の使用の増大
カテゴリＡ、レベル２．タオルまたは服をたたむための、両腕を使うタスク
カテゴリＡ、レベル２．反対側部の腕によって同時に実行される同様の動作のコピー
カテゴリＡ、レベル２．中線における両手で握る、屈曲および伸展によってボールを持つ
ａ．相乗的なパターン外の動作におけるタスクの集中
ｂ．実行する反復を増やす
カテゴリＡ、レベル１．中線において両手で握ることにより、ボールを持つ
ａ．静止位置を保持するためにかかる時間を長くする
カテゴリＡ、レベル１．影響を受ける腕における重さ負荷
ａ．静止位置を保持するためにかかる時間を長くする
ｂ．筋肉の奮起を評価するためにＥＭＧ読み取りを使用
カテゴリＢ、レベル３．影響を受ける腕でドアノブを開けるために片手で届かせる（軽量のスイッチまたは引き出しでも同じ動作手順）
ａ．異なる平面、対角線の利用
ｂ．スピードの増加
カテゴリＢ、レベル３．風船等の動く目的物に届かせる
ａ．異なる平面、対角線、または表面高さの利用
ｂ．重力で支援するためにテーブル上の大きい運動用ボール上に腕を乗せる
カテゴリＢ、レベル２．テーブル上の静止した目的物に片手を伸ばす
ａ．異なる平面、対角線、または表面高さの利用
ｂ．相乗作用パターン外の動作にタスクを集中する
カテゴリＢ、レベル２．三頭筋が、座った状態から立つことを促進
カテゴリＢ、レベル１．片手による座った状態の二頭筋カールまたは三頭筋伸展
ａ．部分的な範囲に集中
ｂ．ボールへの閉チェーン
カテゴリＢ、レベル１．三頭筋の意思的な奮起
カテゴリＢ、レベル１．影響を受ける腕による重量荷重
ａ．静止位置を保持するためにかかる時間を長くする
ｂ．筋肉の奮起を評価するためにＥＭＧ読み取りを使用
カテゴリＣ、レベル３．影響を受ける腕によって家庭用品を運ぶ
ａ．異なる平面、対角線、または表面高さの利用
ｂ．ジャーを持ち上げるために手を伸ばし、次に開けるために安定化させる
ｃ．物体の重量またはサイズの増大
カテゴリＣ、レベル３．開くために、影響を受ける腕によってジャーを安定化させる
ａ．機能的な可動性の追加
ｂ．物体の重量またはサイズの増大
カテゴリＣ、レベル２．９０度に屈曲された影響を受ける腕によって家庭用品を安定化させる
ａ．物体の重量またはサイズの増大
カテゴリＣ、レベル１．影響を受ける腕でジャーまたはボールを持つ、より長時間持つ
ａ．重量または用いる物体の大きさの増大
カテゴリＣ、レベル１．書くために、影響を受ける腕によってテーブル上の紙を持つ
ａ．静止位置を保持するためにかかる時間を長くする
ｂ．筋肉の奮起を評価するためにＥＭＧ読み取りを使用
カテゴリＤ、レベル３．カップから飲む（必要に応じて適合される）
カテゴリＤ、レベル３．剃るために顔に手を伸ばす、またはヘアブラシで届く
カテゴリＤ、レベル２．口をナプキンでぬぐう
カテゴリＤ、レベル２．腕を口に向けて、膝から屈曲させる
ａ．筋肉の奮起を評価するためにＥＭＧ読み取りを使用
カテゴリＤ、レベル１．片手の座った二頭筋カールまたは三頭筋伸展
ａ．部分的な範囲に集中
カテゴリＤ、レベル１．意思的な二頭筋の奮起
ａ．相乗的なパターン外の動作におけるタスクの集中
ｂ．筋肉の奮起を評価するためにＥＭＧ読み取りを使用
こうして、デバイスの実施形態を用いた対象者のリハビリ治療は、対象者の評価された能力レベル内のこれらｎ異なる区分に該当する１つ以上の物理的タスクを含んでもよい。例えば、デバイスを使用しないでレベル１に分類される対象者は、デバイスを使用している間に、カテゴリＡ、Ｂ、Ｃおよび／またはＤ、レベル１のタスクまたはカテゴリＡ、Ｂ、Ｃおよび／またはＤ、レベル２のタスクの１つ以上を実行しようとしてもよい。
【００９１】
対象者がこれらの物理的タスクを実行する場合、本発明の実施形態に従って、種々の測定基準を観察および／または記録してもよい。例えば、屈曲／伸展時にデバイスから必要な補助の量、行った反復の数およびこれらを実行するために必要な時間、必要な、物理的なまたは動機付けのされた補助の量（例えば、言葉による手がかり、最低限、適度、最大限）、動作の質（例えば、痙攣的である、なめらかである）またはその両方。
【００９２】
以下は治療セッションの実施例である。
（セッション中）
患者のセッション数を記録
患者に質問：
健康状態または投薬治療に変化があったか？
自宅での腕の使い方に変化はあったか？
主観的な推定事項を記録
基本的なウォームアップを実行（例えば、約１０分）。これには以下を含んでもよい：
両方向に肩を回す
肩の緊縮、保持、弛緩
首の伸展
肘：受動的移動の範囲（ＰＲＯＭ）、能動的補助移動の範囲（ＡＡＲＯＭ）、必要に応じて伸展
ウォームアップ時間を、患者の調子または（例えば、二頭筋／三頭筋）で開始するための筋肉を評価するために使用してもよい
二頭筋モードのセッションを開始し、装具を装着し、較正がよく行われているかどうかを評価する（例えば、２分乃至５分）
対象者の分類レベルによって運動を選択（例えば、１５分乃至２０分）。これには、以下を含んでもよい：
筋肉中心のアクティビティの実行、例えば、分離領域における座位の二頭筋カール
機能的なコンポーネントの実行、例えば、対象者に腕を屈曲してもらい、膝のところまで大きく弛緩してもらう
対象者の能力に機能的なタスクを試行、例えば、対象者の手にストローを持ったまま適合されたカップを置き、カップを口に運んでもらう
三頭筋モードに変更および較正がよく行われているかどうかを評価する（例えば、２分乃至５分）
対象者の分類レベルによって能力を選択（例えば、１５分乃至２０分）。これには、以下を含んでもよい：
筋肉中心のアクティビティの実行、例えば、分離領域における座位の三頭筋伸展
機能的なコンポーネントの実行、例えば、対象者にいくつかのボールまたは脚上の三頭筋伸展および弛緩をしてもらう
対象者の能力に機能的なタスクを試行、例えば、三頭筋を円滑化させる、座って立つ動作を試行
行っているレポートに書かれている全ての行動を読む。例えば、レポートには、以下を含んでもよい：
三頭筋を円滑化させる、座って立つ動作を実行、開始時間：１０：３０ＡＭ、停止時間：１０：３５ＡＭ、合計時間：００：０５分。一方向における補助（ゲイン）：８、その他の方向における補助（ばね）：２
適度の物理的な補助、スムーズな動作で５回試行できる
レポートで、カテゴリ「三頭筋モードへの再較正」または「セットアップおよび較正」を使用してよい、および二頭筋または三頭筋モードで装具を用いるかどうかを指定。
（セッションの要約）
主観的な推定事項を記録、各タスクの実行にかかる時間を記録
対象者のパフォーマンスの全体的な評価を評価する。これはチェックリストの形式にしてもよい。
次のセッションのためのいずれかの一般的な推奨、例えば、三頭筋モードのより多くの運動の試行、パフォーマンスのスピードアップの集中に注意、患者に効果があった／なかった技術に注意
以下は、治療セッションの一つの間に、一週間に一度実行してもよい：
能動的移動の範囲（ＡＲＯＭ）、セッション前後の肘屈曲／伸展のＰＲＯＭの計測
対象者によってレポートされる知覚の変化に注意
対象者に、手を左の膝から鼻へ５回触ってもらう。時間（および鼻またはあごを触れない場合、距離も）を記録
以下の評価システムを使った腕および手の伸展のＡｓｈｗｏｒｔｈ評価を実行：
０  筋伸展における増大無し
１  影響を受ける部分が屈曲または伸展して動く場合に、移動の範囲の端において捕獲および解放または最小限の抵抗によって現れる筋伸展のわずかな増大
２  ＲＯＭ（運動の範囲）のその他の部分（半分未満）における最小限の抵抗が生じた後、つかむ動作によって現れる筋伸展のわずかな増大
３  大部分のＲＯＭにおける筋伸展のより顕著な増大、しかし、影響する部分は容易に動く
４  筋伸展の不活性（ｐａｓｓｉｖｅ）における大幅な増大、運動は困難
５  影響を受ける部分が、屈曲または伸展において硬い。
【００９３】
ＥＭＧ制御された矯正デバイスの実施形態を、リハビリまたは治療セッション中または１つ以上の物理的タスクを実行しながら、種々の方法で使用してもよい。例えば、タスクの実行または反復時（例えば、タスクの特定のコンポーネントがその他よりも困難である場合）、治療セッションまたはルーティン中（例えば、セッション中に対象者が「ウォームアップ」または疲労しているとき）の一連のタスクまたは反復の実行時、および／またはいくつかの治療セッションをまたぐ時間中に、対象者の機能レベル（および補助への結果的な必要性）がこうした時間の間、向上しているまたは減少させているため、デバイスによって提供される補助レベルを一方または両方向で修正してもよい。例えば、対象者が屈曲した腕を動かすことが困難であるが、動作の初めのみだけ困難である場合、該デバイスは、まず、さらなる補助を提供し、次に、対象者がそうでない場合よりも自分の筋肉をより用いるように、移動の範囲のその他の部分において、より少ない補助を提供する。タスクまたは一連のタスクの実行時において対象者が疲れたまたは飽きた場合、該デバイスは、対象者が筋肉を使用し続けられるように、時間の経過に伴って増大された補助の量を提供してもよく、これは、さらなる運動トレーニングまたはエクササイズ（例えば、筋肉の調整）を可能にしおよび、そうでない場合を超えて対象者の耐性レベルを増大させる。対象者の調整が治療または一連のタスクの実行しているうちに向上する場合、該デバイスは、対象者が、そうでない場合よりもより筋肉を使用できるように、時間がたつにつれて補助を少なくしてもよく、または、抵抗レベルを増やしてもよい。対象者がある動作方向が困難であり、例えば、屈曲、しかしその他の方向では困難でない場合、例えば、伸展、該デバイスは、その他の方向に比較してある方向にさらなる補助を提供してもよい。デバイスによって提供される補助の増大または減少した量を、デバイスによって自動的に調整してもよく、および／またはユーザ、トレーニングを受けた個人、またはその両方によって手動で調整してもよい。両手を使って行うタスクにおける体重サポート、体の安定化、または物体の安定化を可能にするために（例えば、影響を受けない手／腕でふたを回して開けながら、デバイスを装着している影響を受ける肢で大きなジャーを持つ）、対象者の肢の硬さを一時的に増大するためにデバイスを使用してもよい。
【００９４】
本発明の実施形態に従った、ＥＭＧ制御された矯正デバイスの補助レベルの調整は、その動作のスムーズさ、スピード、正確さおよび強さを向上させることによって、対象者の影響を受ける肢の動作の質を上げることができる。影響を受ける腕にデバイスを着用し、両手または両腕の利用が必要な物理的タスクを実行する場合、該デバイスは、目的を実現するために、影響を受けていない腕が軌跡によって影響を受ける腕をガイドできるようにしてもよく、または、影響を受ける腕によってタスクのモータコンポーネント全体を実現するようにしてもよい（例えば、体または物体の安定化、物体の位置固定、押し付ける表面の提供、軌跡全体における手または物体の移動）、その一方で、影響を受けない腕はより高い器用さの機能を実行する（例えば、指の器用な動作を必要とする動作、物体のより細かい操作、靴ひもを結ぶ、ふたを回して閉める、物体またはハンドルを握る）。
【００９５】
さらなる本発明の実施形態に従った、ＥＭＧ制御する矯正デバイスは、臨床医またはユーザへの使用時のフィードバック、例えば、触覚、視覚的な、聴覚的な、またはその他の感覚的フィードバック等を提供してもよい。例えば、タスクまたは一連のタスク時において、臨床医またはユーザは、ユーザインターフェースのディスプレイ２０によって、起こっている筋活動を視覚的に観察してもよい。ユーザインターフェースはさらに、その使用時においてユーザに言葉による励まし、視覚的な目的またはその両方を提供してもよい。対象者の筋肉の１つ以上のＥＭＧアクティビティの視覚的なディスプレイは、任意の意図しない筋活動の対象者の意識を高めてもよく、これにより、対象者は、筋肉の状態によりよく注意を払うことができ、筋肉の状態について常に注意を払っていることができる。こうして、該デバイスは、対象者が、緊縮させてもよい筋肉を弛緩するように訓練してもよく、または緊縮しているまたは意図せずに奮起している筋肉を伸展させる方向に肢を動かすようにデバイスがトルクを印加している間、対象者が、関節を中心とした動作を制御する影響を受ける筋肉を弛緩させることに集中する場合に、（例えば、高い調子、相乗的な動作パターン、または脳からの抑制信号の欠如の結果として）意図せずに奮起してもよい。
【００９６】
本発明の種々の例示的な実施形態が開示されているが、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明のいくつかの利点を実現する種々の変形および修正を実施可能であることが、当業者には明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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