(57)【要約】  本明細書では、種々の実施形態による、携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システム及びその方法が記載される。ＰＰＳＥは、運動競技、リハビリテーション、又はＤＭＤ患者の可動性の維持などの治療目的でストレッチルーチンを容易にするのに用いることができる。ＰＰＳＥは、快適で、脱着が比較的容易であり、着用者の通常の活動の間にＰＰＳＥを着用することができるような外形寸法である。ＰＰＳＥは、電源内蔵式であり、特定のストレッチルーチンを自動的に実施又は補助することができる。ＰＰＳＥは、運動能力にかかわらず、医療目的又は手術もしくは損傷後のリハビリテーションで１又は２以上の特定のストレッチに対して最適化することができる。【選択図】図１Ａ
2019534762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の身体の関節と共に使用する携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システムであって、
前記ＰＰＳＥシステムが、
内側、外側及び側方取付ポイントを有する支持プレートと、
前記関節に隣接した人間の身体の一部を覆い隠すよう構成された荷重分散及び可撓性グリップ要素（可撓性グリップ）と、
各々が前記支持プレート及び前記可撓性グリップに結合される、第１、第２及び第３の可撓性リニアアクチュエータ（ＦＬＡ）と、
少なくとも１つの筋活動検出センサと、
前記支持プレートに結合された少なくとも１つの圧力センサと、
前記第１、第２及び第３のＦＬＡ、前記少なくとも１つの筋活動検出センサ、及び少なくとも１つの圧力センサに電気的に結合されて、前記関節を伸張させる制御方式を実行するよう作動する制御回路と、
を備え、
前記制御方式が、前記第１、第２及び第３のＦＬＡを選択的にアクティベートして、前記関節に１又は２以上のストレッチ力を加える、ことを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記制御方式が、前記関節のための位置及び時間制御によるストレッチ方式であり、該ストレッチ方式が、その各々の後に固定時間期間の保持位置が続く一連のストレッチ区域を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ストレッチ方式が、
前記関節を第１のストレッチ位置に引き寄せる第１のストレッチ区域と、
第１の時間期間の間前記第１のストレッチ位置を保持する第１の保持期間と、
前記関節を第２のストレッチ位置に引き寄せる第２のストレッチ区域と、
第２の時間期間の間前記第２のストレッチ位置を保持する第２の保持期間と、
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ストレッチ方式が更に、前記第２のストレッチ位置から前記関節を解放する解放区域を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＦＬＡは、前記第１及び第２のストレッチ位置に前記関節を配置するのに使用され、前記ＦＬＡの各々においてクラッチがアクティベートされて、前記関節を前記第１及び第２のストレッチ位置に保持する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御方式が、粘弾性制御のストレッチ方式である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記粘弾性制御のストレッチ方式が、
前記第１、第２及び第３のＦＬＡによって生成されるストレッチ力により定められ又は前記関節の測定位置により定められる第１のストレッチ位置に前記関節を引き寄せる第１のストレッチ区域と、
測定された力が第１の閾値に低下するまで、前記関節を第１のストレッチ位置に保持する第１の保持期間と、
前記測定された力が前記第１の閾値を下回ったことに応答して、前記第１、第２及び第３のＦＬＡによって生成される前記ストレッチ力により定められ又は前記関節の測定位置により定められる第２のストレッチ位置に前記関節を引き寄せる第２のストレッチ区域と、
前記測定された力が第２の閾値に低下するまで前記第２のストレッチ位置に前記関節を保持する第２の保持期間と、
前記測定された力が前記第２の閾値を下回ったことに応答して、前記関節を前記第２のストレッチ位置から解放する解放区域と、
を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御方式は、ユーザに筋肉をアクティベートする指示が提供される能動的ストレッチ方式である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記関節が足であり、前記能動的ストレッチ方式の間、前記制御回路が、
ユーザにより受け取られる第１の背屈ストレッチコマンドを送出し、
前記ユーザの足の自発的背屈の動作を監視して、
前記第１、第２及び第３のＦＬＡのうちの少なくとも１つをアクティベートして、前記監視されたユーザの自発的背屈の動作に適合させ、前記ユーザの自発的背屈に連動して足の回転と足首外反のバランスを取る、
ように作動する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御回路は、
前記ユーザの足の自発的背屈が第１のストレッチ位置に到達したことを検出し、
前記第１、第２及び第３のＦＬＡのうちの少なくとも１つを更にアクティベートして、増大した力を加えて、前記足を前記第１のストレッチ位置に維持する、
ように作動する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記制御回路は、
前記第１のストレッチ位置に到達した後に前記ユーザが前記足を動かしていることを検出し、
前記第１、第２及び第３のＦＬＡのうちの少なくとも１つをアクティベートして、前記監視されたユーザの自発的背屈の動作に適合させ、第２のストレッチ位置までの前記ユーザの足の自発的背屈に連動して足の回転と足首外反のバランスを取り、
前記ユーザの足の自発的背屈が前記第１のストレッチ位置に到達したことを検出し、
前記第１、第２及び第３のＦＬＡのうちの少なくとも１つを更にアクティベートして、増大した力を加えて、前記足を前記第２のストレッチ位置に維持する、
ように作動する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記少なくとも１つの筋活動検出センサによって検出される筋活動に応答して前記第１、第２及び第３のＦＬＡを選択的にアクティベートする補助ストレッチレジメンを実行するよう作動し、前記制御回路が、前記少なくとも１つの筋活動検出センサ及び前記少なくとも１つの圧力センサを介してユーザアクティベートされた関節運動を処理するときに、前記制御回路は更に、前記ユーザが自己の背屈又は外反ストレッチを実施するのを補助するよう作動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
少なくとも１つのゴニオメータを更に備え、前記制御回路は、前記少なくとも１つのゴニオメータを監視して、前記関節の可動域及びストレッチ量を測定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの筋活動検出センサが、少なくとも１つの筋電図（ＥＭＧ）センサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのＥＭＧセンサが、腓腹筋、ヒラメ筋、及び脛骨筋のうちの少なくとも１つの筋活動を検出するよう作動する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記関節が足であり、前記人間の身体の一部がふくらはぎであり、前記第１のＦＬＡが、前記可撓性グリップの外側ふくらはぎ取付ポイント及び前記内側取付ポイントに結合され、前記第２のＦＬＡが、前記可撓性グリップの内側ふくらはぎ取付ポイント及び前記外側取付ポイントに結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記内側及び外側取付ポイントが、前記関節の第５の中足骨の頭部に隣接して位置付けられる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のＦＬＡ及び前記第２のＦＬＡが、脚の前部で交差する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１及び第２のＦＬＡのアクティベーションは、前記関節を背屈ストレッチに上向きに引き上げる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記背屈ストレッチは、前記足の足首周りの回転を含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記背屈ストレッチは、前記足の踵への力の印加を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第３のＦＬＡは、前記可撓性グリップの中央側取付ポイント及び前記側方取付ポイントに結合される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第３のＦＬＡのアクティベーションは、前記足の外側を引っ張り、外反ストレッチを実施する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記支持プレートは、前記第１、第２及び第３のＦＬＡの少なくとも１つによって発生する力に応答して、前記関節の足底面にわたって力を分散させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記関節の足首下部を覆い隠すよう構成された第２の可撓性グリップと、
前記支持プレートに結合され、前記第２の可撓性グリップと組み合わせて前記支持プレートを前記関節に固定するストラットと、
を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
ベース層を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ベース層がソックスである、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記関節が足であり、前記支持プレートが、
足の甲及び前記足の足首の前部を支持する輪郭ブロックの第１のセットと、
前記足の足底面を支持する輪郭ブロックの第２のセットと、
前記足の踵を支持する輪郭ブロックの第３のセットと、
前記第１、第２、及び第３のセットの各輪郭ブロックに結合された張力ケーブルと、
を含み、
前記支持プレートが解放状態であるときに、前記張力ケーブルが弛緩しており、前記支持プレートが引き締め状態であるときに、前記張力ケーブルが張られている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２９】
前記張力ケーブルが張られているときに、前記輪郭ブロックの第１のセットは、前記足首の前部に力を加え、前記輪郭ブロックの第２のセットは、前記足の中足指節関節に力を加え、前記輪郭ブロックの第３のセットは、前記踵の後部に力を加える、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記支持プレートが、
前記足の周りに巻かれるように構成されたストラップと、
前記ストラップに結合された第１の滑車と、
前記関節の足底面を支持する輪郭ブロックの第１のセットと、
前記輪郭ブロックの第１のセットの端部に結合された第２の滑車と、
前記関節の第２の部分を支持する輪郭ブロックの第２のセットと、
前記第１及び第２のセット及び前記第１及び第２の滑車に結合された張力ケーブルと、
を含み、
前記支持プレートが解放状態であるときに、前記張力ケーブルが弛緩しており、前記支持プレートが引き締め状態であるときに、前記張力ケーブルが張られており、これにより前記ストラップが前記足首の前部に力を加え、前記輪郭ブロックの第１のセットが中足指節関節に力を加え、前記輪郭ブロックの第２のセットが前記踵に力を加えることができるようになり、その組み合わされた力が、前記足首の周りにトルクを発生して背屈時に前記足を回転させるようにする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記支持プレートは、該支持プレートが引き締め状態であるときに、前記足の一部に力を選択的に加える輪郭ブロックの第１のセットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３２】
前記輪郭ブロックの第１のセットの少なくとも一部が、半剛性ブロック列で配列される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記半剛性ブロック列が、１つのみの湾曲輪郭に沿って曲げるように構成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記半剛性ブロック列が、該半剛性ブロック列の第１の面に沿った空隙によって分離される複数のブロック部材を含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記半剛性ブロック列が、２つの湾曲輪郭に沿って曲げるように構成され、前記２つの湾曲輪郭が直交方向にある、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記半剛性ブロック列が、
前記半剛性ブロック列の第１の面に沿った空隙によって分離される第１の複数のブロック部材と、
前記半剛性ブロック列の第１の面ではない第２の面に沿った空隙によって分離される第２の複数のブロック部材と、
を含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記半剛性ブロック列が、３つの湾曲輪郭に沿って曲げるように構成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３８】
前記支持プレートが長手方向軸及び横軸を有し、前記支持プレートが、前記長手方向軸の周りでねじり柔軟性を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項３９】
前記支持プレートが、前記横軸に沿うよりも前記長手方向軸に沿って相対的により剛性がある、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
相対的により剛性がある前記長手方向軸は、足底面に対する支持を提供し、背屈足首ストレッチを促進させる、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記ねじり柔軟性が外反ストレッチを容易にする、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４２】
前記ねじり柔軟性が、前記足にわたる荷重バランス取りを可能にする、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４３】
前記支持プレートが、
踵ストラップと、
第１及び第２のＦＬＡ取り付け部材を有するＦＬＡアンカーストラップと、
前記第１及び第２のＦＬＡ取り付け部材及び前記踵ストラップに結合されたケーブルであって、前記ケーブルが前記踵ストラップの周りをループして、前記支持プレートの下方で交差する、ケーブルと、
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記第１のＦＬＡが前記第１のＦＬＡ取り付け部材に結合され、前記第２のＦＬＡが前記第２のＦＬＡ取り付け部材に結合される、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記第１及び第２のＦＬＡの両方のアクティベーションが、背屈足首ストレッチを実行する、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記第１のＦＬＡのみのアクティベーションが外反ストレッチを実行し、前記第２のＦＬＡのみのアクティベーションが腓骨ストレッチを実行する、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記支持プレートが、
弛緩状態又は引き締め状態であるように作動するケーブルと、
平坦な相互作用プレートと、
前記ケーブルに各々が結合される複数の輪郭ブロックと、
係合又は非係合状態になるように作動する電気積層クラッチと、
を含み、
前記ケーブルが弛緩状態にあり且つ前記電気積層クラッチが非係合状態にあるときに、前記複数の輪郭ブロックは比較的緩やかであり、前記ケーブルが引き締め状態にあり且つ前記電気積層クラッチが係合状態にあるときに、前記複数の輪郭ブロックは共に結合されて、前記平坦な相互作用プレートに圧力を加える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４８】
前記ケーブルが弛緩状態にあり且つ前記電気積層クラッチが係合状態にあるときに、前記複数の輪郭ブロックは、共に結合されたままであり、前記平坦な相互作用プレートに圧力を加える、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
人間の足と共に使用する携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システムにおいて実施される方法であって、
人が前記ＰＰＳＥを装着したユーザの足に手動のストレッチルーチンを実行する第１のプログラミングを実施するステップであって、前記実施するステップが、前記手動のストレッチルーチンの実行の間にセンサデータを記録するステップを含む、ステップと、
前記記録されたセンサデータに基づいて第２のプログラミングを生成するステップと、
を含み、前記第２のプログラミングは、前記ＰＰＳＥの動作を制御して、前記手動のストレッチルーチンを模倣する自動ストレッチルーチンを実行する、ことを特徴とする方法。
【請求項５０】
前記記録されたセンサデータが、圧力センサデータ及びゴニオメータデータを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記記録されたセンサデータが、筋電図（ＥＭＧ）センサデータを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記記録されたセンサデータに基づいて前記手動のストレッチルーチンの間に加えられる力を決定するステップと、
前記手動のストレッチルーチンの間に決定された前記加えられた力を自動ストレッチルーチンの実行の間に再現するステップと、
を更に含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
前記自動ストレッチルーチンの実行の間に前記センサデータを記録するステップを更に含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５４】
前記自動ストレッチルーチンの実行の間に記録された前記センサデータを遠隔のサーバに送るステップを更に含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記ＰＰＳＥに調整された自動ストレッチルーチンを実行させる前記第２のプログラミングを更新するステップを更に含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
人間の足と共に使用する携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システムであって、
足首領域及びふくらはぎ領域を含むベース層と、
前記ふくらはぎ領域に固定された第１の荷重分散部材と、
前記足首領域に固定された第２の荷重分散部材と、
前記足の平坦面と相互作用するように構成され且つ前記第２の荷重分散部材に結合されたフットプレートであって、第１及び第２の取付ポイントを含むフットプレートと、
前記第１の荷重分散部材及び前記第１の取付ポイントに結合される第１の可撓性リニアアクチュエータ（ＦＬＡ）と、
前記第１の荷重分散部材及び前記第２の取付ポイントに結合された第２のＦＬＡと、
複数のセンサと、
前記第１及び第２のＦＬＡ及び前記複数のセンサに電気的に結合された制御回路であって、前記第１及び第２のＦＬＡの動作を制御して、前記足にストレッチルーチンを加えるように作動する、制御回路と、
を備える、システム。
【請求項５７】
前記制御回路は、前記フットプレートと前記第１の荷重分散部材との間の張力を増大するよう前記第１及び第２のＦＬＡに指示するよう作動し、前記フットプレートと前記第１の荷重分散部材との間の張力の増大により、前記足が前記足首の周りに背屈で枢動するようになる、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記第２の荷重分散部材と前記フットプレートの間の結合により、前記足が前記足首の周りに背屈で枢動するようになる、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記第１及び第２の取付ポイント並びに前記第２の荷重分散部材に結合されるケーブルを更に備える、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記フットプレートは、該フットプレートを前記足に固定するように構成された少なくとも１つの調整可能ストラップを備え、前記第１及び第２の取付ポイントが、少なくとも１つの調整可能ストラップに含まれる、請求項５６に記載のシステム。
【請求項６１】
前記フットプレートが更に第３の取付ポイントを含み、前記システムが更に、
前記第１の荷重分散部材及び前記第３の取付ポイントに結合される第３のＦＬＡを更に備え、
前記制御回路が、前記フットプレートの第３の取付ポイントと前記第１の荷重分散部材との間の張力を増大させて、前記足が外反ストレッチを受けるように前記第３のＦＬＡに指示するよう作動する、請求項５６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１６年８月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３７８，４７１号、２０１６年８月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３７８，５５５号、及び２０１６年１２月０８日に出願された米国仮特許出願第６２／４３１，７７９号に対する優先権を主張し、これらの開示内容は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
ストレッチ（伸張）活動は、可動性、運動能力、リハビリテーション及び健康全般にとって有利であることが示されている。ストレッチは、一連のエクササイズ（運動）として最も一般的に実施され、エクササイズ又はリハビリテーションルーチンに、又はヨガなどの自己の活動として組み込まれることが多い。
【０００３】
伸張される組織の粘弾性の性質に起因して、単一ストレッチについて推奨される持続時間は、多くの場合、３０秒〜数分にわたる。ストレッチルーチンが複数の伸張又は反復を含む場合、ストレッチは、極めて時間と手間がかかり、結果として所与のルーチンに対するコンプライアンスが低くなる可能性がある。ノンコンプライアンスは、医療機関、運動環境、又はリハビリテーション環境で特に問題となる可能性があり、ここでは、損傷を避け、回復を達成し、又は疾患の進行による影響を軽減するために、指示されたストレッチが極めて重要となる場合がある。デュシェーヌ型筋ジストロフィー（ＤＭＤ）の患者の場合、ストレッチは、病気の進行性及びこれに伴う拘縮に起因して、できる限り多くの機能について関節の可動性を維持するために重要である。現在のところ、ストレッチレジメンの指示は、セラピスト及び介護者の感覚に基づいて伝達、指示、及び再現される。この方法の主観的性質は、ストレッチセッション、患者、及びストレッチ提供者間での変動につながる。
【０００４】
ストレッチを促進させるために、装具が一般的に利用可能である。Ｕｌｔｒａｆｌｅｘ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ペンシルバニア州Ｐｏｔｔｓｔｏｗｎ所在）及びＣａｓｃａｄｅ  Ｄａｆｏ（ワシントン州Ｆｅｒｎｄａｌｅ所在）により提供されるものなどの短下肢装具（ＡＦＯ）は、足首のストレッチを促進するためにＤＭＤ患者用に一般的に指示されている。ＡＦＯは、弾性又はバネ荷重スタラップを利用して、前足を上方に引き上げ、足関節の背屈ストレッチを補助することができる。これらのＡＦＯは、受動的弾性構成要素を利用しているので、伸張力を加えるためにマニュアルで係合又は係合解除しなくてはならず、特定のストレッチの反復が厄介なものとなる。加えて、ＡＦＯの剛性要素により装置が大きくなり、患者の使用を妨げて、ストレッチレジメンのコンプライアンスを低下させる可能性がある。一部のユーザによっては、夜間に着用したＡＦＯは耐容性が良好ではなく、ユーザがＡＦＯを脱ぐことが多い。ＡＦＯを着用している間夜間に浴室に歩くことができないことについて不平を言う人もいる。現在、どれくらいの期間又はどれくらいの頻度でＡＦＯが使用されているかについての文書は存在しない。足首背屈を誘起するつま先ストラップ又はスタラップは通常、足が解放されて伸張状態に戻すことを可能にする弾性セクションを有する。現在、どれくらいの期間又はどれくらいの頻度で足が弾性部分に押し付けているかについての文書は存在しない。
【０００５】
Ｒｅｈａｂｔｅｋ  ＬＬＣ（イリノイ州Ｗｉｌｍｅｔｔｅ所在）により開発されたＩｎｔｅｌｌｉｓｔｒｅｔｃｈなど、ストレッチ補助のための動力付き装置が知られている。これらのシステムは通常、大型の固定フレーム、コンピュータ及び機器を備える。これらの装置のサイズは通常、それら装置が１つの場所に留まり、使用するために着用者がシステムに出入りすることが必要とされる。場合によっては、患者は、このようなシステムが設けられた臨床環境に移動することが必要となることがある。
【０００６】
関節の受動的可動域（ＲＯＭ）は、損傷、手術又は変性の変化が生じた結果として減少することが多い。このようなストレッチ運動レジメンは、場合によっては治療と連動してＲＯＭを回復するよう指定されることが多い。上述のように、ストレッチレジメンは退屈である可能性があり、コンプライアンスが不十分であることが多い。手術後にＲＯＭが減少した場合、一般的には、持続的他動運動（ＣＰＭ）装置が指示される。ＣＰＭ装置は通常、大型で、壁コンセントを利用し、睡眠時又は他の何れかの活動を実施している間に着用するようには指示されない。ＣＰＭ装置はまた、通常は、関節の実際のＲＯＭ又は進行を感知する何らかの能力なしで、指定可動域を通じて作動する。改善されたシステムは、携帯可能であり、一体化されたバッテリ又は電源を備えていれば、睡眠中又は他の活動を実施している間に着用することが可能となり、また、関節の可動域又は運動学を感知及び測定して、関節を適切にストレッチ（伸張）し、ＲＯＭを指定通りに増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第９，２６６，２３３号明細書
【特許文献２】国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ／１６／１９５６５
【特許文献３】米国仮特許出願第６２／３７８，５５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書では、種々の実施形態による、携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システム及びその方法が記載される。ＰＰＳＥは、運動競技、リハビリテーション、又はＤＭＤ患者の可動性の維持などの治療目的でストレッチルーチンを容易にするのに用いることができる。ＰＰＳＥは、快適で、脱着が比較的容易であり、着用者の通常の活動の間にＰＰＳＥを着用することができるような外形寸法である。ＰＰＳＥは、電源内蔵式であり、特定のストレッチルーチンを自動的に実施又は補助することができる。ＰＰＳＥは、運動能力にかかわらず、医療目的又は手術もしくは損傷後のリハビリテーションで１又は２以上の特定のストレッチに対して最適化することができる。１つの実施例として、一般的にＤＭＤ患者に指定される、足首背屈及び外反ストレッチを含む。
【０００９】
ＰＰＳＥは、ストレッチのバイオメカニクス及び患者に対してセラピストによって実施されるストレッチレジメンのパラメータを測定及び記録することによって、個人に対してセラピストにより指定されたストレッチを「学習」することができる。ＰＰＳＥは、ストレッチセッションにわたりストレッチのバイオメカニクスを再現することができる。ＰＰＳＥは、ストレッチのバイオメカニクス及びストレッチレジメンのパラメータを中央データベースと通信することができる。ＰＰＳＥは、格納されたデータを用いて、プログラミングステップの際にストレッチレジメンを提案し、ユーザ及びセラピストがデータベースにアクセスして、同様のユーザに対する良好な治療レジメンを探すことを可能にすることができる。ＰＰＳＥは、治療の新しい手法を定量的に記録して共有して、個々の治療の指導、指定された治療の新しい手法の取り込み、医薬品、遺伝子、又は徒手理学療法の影響の評価をする結果判定法、及び開業医師を指導するための関節健康の改善の文書化、及び保険金の払い戻しの通知に用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの実施形態において、人間の身体の関節と共に使用する携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システムが提供される。ＰＰＳＥシステムは、内側、外側及び側方取付ポイントを有する支持プレートと、関節に隣接した人間の身体の一部を覆い隠すよう構成された荷重分散及び可撓性グリップ要素（可撓性グリップ）と、各々が支持プレート及び可撓性グリップに結合される、第１、第２及び第３の可撓性リニアアクチュエータ（ＦＬＡ）と、を含むことができる。本システムは、少なくとも１つの筋活動検出センサと、支持プレートに結合された少なくとも１つの圧力センサと、第１、第２及び第３のＦＬＡ、少なくとも１つの筋活動検出センサ、及び少なくとも１つの圧力センサに電気的に結合されて、関節を伸張させる制御方式を実行するよう作動する制御回路と、を備え、制御方式は、第１、第２及び第３のＦＬＡを選択的にアクティベートして、関節に１又は２以上のストレッチ力を加える。
【００１１】
別の実施形態において、人間の足と共に使用する携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システムにおいて実施される方法が提供される。本方法は、人が前記ＰＰＳＥを装着したユーザの足に手動のストレッチルーチンを実行する第１のプログラミングを実施するステップであって、実施するステップが、手動のストレッチルーチンの実行の間にセンサデータを記録するステップを含む、ステップと、記録されたセンサデータに基づいて第２のプログラミングを生成するステップと、を含み、第２のプログラミングは、ＰＰＳＥの動作を制御して、手動のストレッチルーチンを模倣する自動ストレッチルーチンを実行する。
【００１２】
更に別の実施形態において、人間の足と共に使用する携帯用動力付きストレッチ外装スーツ（ＰＰＳＥ）システムが提供される。本システムは、足首領域及びふくらはぎ領域を含むベース層と、ふくらはぎ領域に固定された第１の荷重分散部材と、足首領域に固定された第２の荷重分散部材と、足の平坦面と相互作用するように構成され且つ第２の荷重分散部材に結合されたフットプレートであって、第１及び第２の取付ポイントを含むフットプレートと、を含むことができる。本システムは、記第１の荷重分散部材及び第１の取付ポイントに結合される第１の可撓性リニアアクチュエータ（ＦＬＡ）と、第１の荷重分散部材及び第２の取付ポイントに結合された第２のＦＬＡと、複数のセンサと、第１及び第２のＦＬＡ及び複数のセンサに電気的に結合された制御回路であって、第１及び第２のＦＬＡの動作を制御して、足にストレッチルーチンを加えるように作動する、制御回路とを含むことができる。
【００１３】
開示された主題の様々な目的、特徴、及び利点は、同じ参照符号が同じ要素を表す添付図面と関連して考慮されるとき、開示された主題の以下の詳細な説明を参照することによってより十分に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】ＰＰＳＥの説明で使用される足の運動学及び動きに関連する用語を例示する図である。
【図１Ｂ】ＰＰＳＥの説明で使用される足の運動学及び動きに関連する用語を例示する図である。
【図１Ｃ】ＰＰＳＥの説明で使用される足の運動学及び動きに関連する用語を例示する図である。
【図２Ａ】本開示の幾つかの実施形態による、足首ストレッチを補助するためのＰＰＳＥの概念を示す図である。
【図２Ｂ】本開示の幾つかの実施形態による、足首ストレッチを補助するためのＰＰＳＥの概念を示す図である。
【図２Ｃ】本開示の幾つかの実施形態による、足首ストレッチを補助するためのＰＰＳＥの概念を示す図である。
【図２Ｄ】本開示の幾つかの実施形態による、足首ストレッチを補助するためのＰＰＳＥの概念を示す図である。
【図２Ｅ】本開示の幾つかの実施形態による、足首ストレッチを補助するためのＰＰＳＥの概念を示す図である。
【図２Ｆ】本開示の幾つかの実施形態による、足首ストレッチを補助するためのＰＰＳＥの概念を示す図である。
【図３Ａ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥの作動制御の要素を例示する図である。
【図３Ｂ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥの作動制御の要素を例示する図である。
【図３Ｃ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥの作動制御の要素を例示する図である。
【図４Ａ】本開示の特定の実施形態による、作動時に所望のプロファイルを形成し、非作動時に柔軟性を可能にするよう弛緩することができる輪郭ブロックのシステムを例示する図である。
【図４Ｂ】本開示の特定の実施形態による、作動時に所望のプロファイルを形成し、非作動時に柔軟性を可能にするよう弛緩することができる輪郭ブロックのシステムを例示する図である。
【図４Ｃ】本開示の特定の実施形態による、作動時に所望のプロファイルを形成し、非作動時に柔軟性を可能にするよう弛緩することができる輪郭ブロックのシステムを例示する図である。
【図５Ａ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｂ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｃ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｄ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｅ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｆ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｇ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｈ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図５Ｊ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示する図である。
【図６Ａ】本開示の特定の実施形態による、輪郭ブロック及び電気積層クラッチを有するフットプレートを例示する図である。
【図６Ｂ】本開示の特定の実施形態による、輪郭ブロック及び電気積層クラッチを有するフットプレートを例示する図である。
【図７】本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥの例示的な利用モデルのフローチャートである。
【図８】本開示の特定の実施形態による、ストレッチを「学習する」ＰＰＳＥを例示する図である。
【図９Ａ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図９Ｂ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図９Ｃ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図９Ｄ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図９Ｅ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図９Ｆ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図９Ｇ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図９Ｈ】本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを促進するため足関節に牽引力を加えるカフスを例示する図である。
【図１０Ａ】本開示の特定の実施形態による、足に作用する荷重の分散を感知してストレッチバイオメカニクスを制御するため半剛性組立体に一体化された圧力センサアレイを例示する図である。
【図１０Ｂ】本開示の特定の実施形態による、足に作用する荷重の分散を感知してストレッチバイオメカニクスを制御するため半剛性組立体に一体化された圧力センサアレイを例示する図である。
【図１０Ｃ】本開示の特定の実施形態による、足に作用する荷重の分散を感知してストレッチバイオメカニクスを制御するため半剛性組立体に一体化された圧力センサアレイを例示する図である。
【図１１Ａ】本開示の特定の実施形態による、ケーブル作動式３Ｄ構造である輪郭ブロックのための設計パラメータを例示する図である。
【図１１Ｂ】本開示の特定の実施形態による、ケーブル作動式３Ｄ構造である輪郭ブロックのための設計パラメータを例示する図である。
【図１１Ｃ】本開示の特定の実施形態による、ケーブル作動式３Ｄ構造である輪郭ブロックのための設計パラメータを例示する図である。
【図１１Ｄ】本開示の特定の実施形態による、ケーブル作動式３Ｄ構造である輪郭ブロックのための設計パラメータを例示する図である。
【図１１Ｅ】本開示の特定の実施形態による、ケーブル作動式３Ｄ構造である輪郭ブロックのための設計パラメータを例示する図である。
【図１１Ｆ】本開示の特定の実施形態による、ケーブル作動式３Ｄ構造である輪郭ブロックのための設計パラメータを例示する図である。
【図１２Ａ】本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥのラピッドプロトタイピング及びフィッティングのための完全且つ迅速に構成変更可能なシステムを例示する図である。
【図１２Ｂ】本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥのラピッドプロトタイピング及びフィッティングのための完全且つ迅速に構成変更可能なシステムを例示する図である。
【図１２Ｃ】本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥのラピッドプロトタイピング及びフィッティングのための完全且つ迅速に構成変更可能なシステムを例示する図である。
【図１２Ｄ】本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥのラピッドプロトタイピング及びフィッティングのための完全且つ迅速に構成変更可能なシステムを例示する図である。
【図１３Ａ】本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥのプログラミング及び使用の際にＰＰＳＥによって測定され、算出され、又はＰＰＳＥに入力されたデータ、並びにこれらのデータの用途を記載した図である。
【図１３Ｂ】本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥのプログラミング及び使用の際にＰＰＳＥによって測定され、算出され、又はＰＰＳＥに入力されたデータ、並びにこれらのデータの用途を記載した図である。
【図１４】種々の実施形態による、ＰＰＳＥ並びにＰＰＳＥと通信するよう構成されたシステムを例示する図である。
【図１５】種々の実施形態による、ＰＰＳＥの制御方式の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な説明では、開示された主題の理解を完全にするために、開示された主題のシステム、方法及び媒体並びにこのようなシステム、方法及び媒体が作動することができる環境に関して、多くの具体的な詳細事項が記載される。しかしながら、開示された主題は、かかる具体的な詳細事項がなくとも実施することができ、また、当業者には周知の特定の特徴は、開示された主題が複雑になるのを避けるために詳細には説明されないことは、当業者には理解されるであろう。加えて、以下で提供される実施例は例証であり、開示された主題の範囲内にある他のシステム、方法及び媒体が存在することが企図されることは理解されるであろう。
【００１６】
ＰＰＳＥは通常、「補助外装スーツシステムのためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願に記載される、補助外装スーツの要素を含み、本願の内容は引用により本明細書に組み込まれる。ＰＰＳＥは通常、１又は２以上の可撓性リニアアクチュエータ（ＦＬＡ）を含む。ＦＬＡは、所与のストローク長にわたって２つの取付ポイントの間に収縮力を発生させることができる動力付きアクチュエータである。ＦＬＡは、例えば体表面の周りの輪郭を辿ることができるように可撓性であり、従って、取付ポイントにおける力は必ずしも整列されない。一部の実施形態では、米国特許第９，２６６，２３３号に記載されているように、１又は２以上のＦＬＡは、１又は２以上のツイストストリングアクチュエータ又はフレックスドライブ（Ｆｌｅｘｄｒｉｖｅ）を備え、本特許の内容は、引用により本明細書に組み込まれる。以下の記載において、ＦＬＡは、作動時に収縮力を作用する、収縮する又は短くなる可撓性のリニアアクチュエータを指す。ＦＬＡは、機械的クラッチと共に使用することができ、該機械的クラッチは、所定の位置においてＦＬＡによって生成された張力をロックして、ＦＬＡモータが所望の引張力を維持するために電力を消費する必要がないようにする。このような機械的クラッチの実施例について、以下で検討する。ＦＬＡはまた、米国特許第９，２６６，２３３号に記載されている電気積層クラッチと関連して使用することができる。電気積層クラッチ（例えば、静電気引力を使用して、クラッチ要素間に制御可能な力を発生させるように構成されたクラッチ）は、ＦＬＡが同じ力を維持することを必要とせずに引張力をロックすることによって電力節減を提供することができる。
【００１７】
一部の実施形態において、ＰＰＳＥは、快適で且つ邪魔にならないように、並びに所望の補助を提供するため１又は２以上のＦＬＡから着用者の身体に荷重を快適且つ効率的に伝達するよう適合することができる。ＰＰＳＥは、これらの目的を達成するため１又は２以上の異なる材料タイプを含むことができる。弾性材料は、着用者の身体に合致するようにコンプライアンスを提供し、また、幾らかの範囲の動きを可能にすることができる。最も内側の層は、通常、着用者の皮膚、下着又は衣類を把持し、ストレッチ（伸張）荷重が加わったときにＰＰＳＥが滑らないように適合されている。実質的に非伸張性の材料を使用して、着用者の身体に荷重を伝達するのが好ましい。これらの材料は、一軸では実質的に非伸張性ではあるが、他の軸では、荷重伝達が好ましい経路に沿うように可撓性又は伸張性とすることができる。荷重伝達経路は、着用者の身体の領域にわたって荷重を分散させ、着用者が感じる力を最小限にしながら、最小損失で且つＰＰＳＥの滑りを引き起こさずに効率的な荷重伝達を可能にするよう最適化することができる。全体として、この荷重伝達構成は、可撓性グリップ（Ｆｌｅｘｇｒｉｐ）と呼ぶことができる。更なる詳細及び実施形態は、名称が「Ｆｌｅｘｇｒｉｐ（可撓性グリップ）」である国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ／１６／１９５６５に記載されており、その内容は、引用により本明細書に組み込まれる。可撓性グリップは、着用者の身体のある領域にわたって荷重を分散させる要素を意味し、荷重分散部材と呼ばれることもある。
【００１８】
（足部運動学）
図１Ａ〜１Ｃは、ＰＰＳＥの説明で使用される足の運動学及び動きに関する用語を例示している。図１Ａ〜１Ｃに例示した足は、例証の目的で右足である。また、身体の全ての関節についてこのＰＰＳＥの他の例証が実施可能であり、ＰＰＳＥは、各関節の固有のバイオメカニクスに従ってカスタマイズすることができ、更に、足に関するこの記載は一例であることは、当業者には理解される。
【００１９】
（図１Ａ：内反及び外反）
図１Ａは、足の内反及び外反を例示している。内反とは、足首（１０３）又は踵の周りでの足（１０２）の内転（１０１）を指す。外反とは、足首（１０３）又は踵の周りでの足（１０２）の外転（１０４）を指す。足首の周りでの内反及び外反は、本明細書では足首外反及び足首内反と呼ばれることもある。
【００２０】
（図１Ｂ：中足部回転、回内及び回外）
図１Ｂは、中足部（１０５）の回転を例示している。回内とは、通常はアーチ（１０７）を平坦化することに対応する、中足部（１０５）の内転（１０６）を指す。回外とは、通常はアーチ（１０７）を上げることに対応する、中足部（１０５）の外転（１０８）を指す。
【００２１】
（図１Ｃ：背屈）
図１Ｃは、足の背屈を例示している。背屈とは、脛骨（１０９）又は皮膚に向かう足（１０２）の上向き又は背側運動を指す。背屈は、足首（１０３）周りの足の回転（１１０）と同時に、脛骨（１０９）内での回転中心（１１２）の位置に起因した足首（１０３）に対する足（１０２）の前方又は前側並進（１１１）を含む。前方並進（１１１）は、アキレス腱のストレッチ（伸張）を表すことができる。従って、背屈回転は、足首（１０３）の周りを足が回転するときにアキレス腱を伸張することができる。
【００２２】
（足ストレッチＰＰＳＥ概念）
図２Ａ〜２Ｆは、本開示の特定の実施形態による、背屈及び外反を含む足首／足ストレッチを補助するＰＰＳＥの概念を例示している。足首ストレッチＰＰＳＥの概念の３つの「層」：電源層、センサ及び制御層、並びにベース層が示される。これらの層は、別個の画像にて示されているが、一体化されたシステムを形成する。
【００２３】
（図２Ａ〜２Ｂ：電源層，足首ＰＰＳＥ）
図２Ａは、足首ストレッチＰＰＳＥの側面又は外側の図を示す。図２Ｂは、足首ストレッチＰＰＳＥの内側又は内部の図を示す。電源層は、３つのＦＬＡを備える。第１のＦＬＡ（２０１）は、第１の端部において、ふくらはぎ上部の外側上の可撓性グリップ（２０２）に動作可能に結合され、及び他方の端部において、第１中足骨の頭部付近で足の内側（２０３）でフットプレート（２０６）に動作可能に結合される。第２のＦＬＡ（２０４）は、第１の端部において、ふくらはぎ上部の内側上の可撓性グリップ（２０２）に動作可能に結合され、及び他方の端部において、第５中足骨の頭部付近で足の外側（２０５）でフットプレート（２０６）に動作可能に結合される。共に作動されると、第１及び第２のＦＬＡ（２０１，２０４）は、足を上方に引き上げて背屈伸張状態にする。第１及び第２のＦＬＡは脚の前部にて交差（２０７）し、作動時の安定性を提供する。これらの駆動装置の異なる作動は、ストレッチが安全且つ意図したように加えられるように、足に加わる力の制御及びバランス取りを可能にする。
【００２４】
第３のＦＬＡ（２０８）は、第１の端部において、ふくらはぎ上部の可撓性グリップ（２０２）の中央側に動作可能に結合され、及び反対側の端部において、中足部（２０９）の側方側にてフットプレート（２０６）に動作可能に結合される。第３のＦＬＡ（２０８）を作動させると、足の外側が引き寄せられ、外反ストレッチを実施する。ふくらはぎ上部の周りの可撓性グリップ（２０２）は、脚が滑り落ちるのを抑制しながら、ＦＬＡ（２０１，２０４，２０８）の荷重を支持して、ＦＬＡによって発生する力をふくらはぎの周りに均等に分散させる。
【００２５】
フットプレート（２０６）は、足の足底面の周りにＦＬＡによって発生した力を分散させる。フットプレートのスティフネス又は剛性は、足の足底筋膜を伸張させるのではなく足首を伸張させる背屈トルクを力が発生させるのを確保するため、及び快適さの両方のために、足全体にわたってこれらの荷重を分散させる。すなわち、フットプレート（２０６）は、足のアーチを支持することができ、背屈又は外反ストレッチが足に加わったときに足底筋膜を伸張しないように十分な剛性がある。ストラット（２１４）は、足首下にてフットプレート（２０６）を可撓性グリップ（２１５）に接続し、フットプレートが足に確実に結合されるようにする。フットプレート（２０６）と可撓性グリップ（２１５）との間の結合は、ＰＰＳＥが足に背屈ストレッチを加えるときに、足首が足の前部に向かって前方に引き寄せられる（つま先方向に）のを確実にすることができる。足の後部又は踵骨の上方の領域をフットプレート（２０６）に固定する他の多くの機構が実施可能であり、以下でより詳細に検討する。
【００２６】
追加のＦＬＡを図２Ａ〜２ＤのＰＰＳＥに付加することができる点は理解されたい。例えば、１又は２以上のＦＬＡを追加して、中足部の回内及び／又は回外をもたらすことができる。別の実施例として、追加のＦＬＡは、ＦＬＡ２０１，２０４，又は２０８のうちの１又は２以上と並列に配置され、所望のストレッチ（例えば、背屈又は外反）を実施するため追加の張力を提供することができる。
【００２７】
（図２Ｃ〜２Ｄ：センサ及び制御層，足首ＰＰＳＥ）
図２Ｃ〜２Ｄは、足首ストレッチを実施するためＰＰＳＥのセンサ及び制御層の要素を例示している。筋電図（ＥＭＧ）センサ（２１０）は、腓腹筋、ヒラメ筋及び脛骨筋における筋活動を検出する。圧力センサ（２１１）は、足の下に分散配置されて、ＦＬＡにより足に加わる圧力分布を検出する。圧力センサは、ストレッチ中に加わる力のバランスを感知するために、足の中央側及び側方側に力検出抵抗器のペアを含むことができる。ＦＬＡに一体化された力センサ（２１２）は、ＦＬＡによって発生する力を検出する。ゴニオメータ（２１３）は、足関節の動作を検出する。全体として、これらのセンサにより、ＦＡＬＡの制御された作動が、所望のストレッチを安全に加えることを可能にする。
【００２８】
１つの実施例において、第１及び第２のＦＬＡ（２０１，２０４）が同時に作動されて、背屈ストレッチを実施する。指定されたストレッチに基づいて、ＦＬＡは、第１及び第２のＦＬＡにて一体化された力センサ（２１２）によって測定された力の合計に相当する特定の合力を加える。制御ハードウェアは、足底の圧力センサ（２１１）を監視し、ＦＬＡによって加えられる力が適切にバランス取りされ、必要に応じて各ＦＬＡを調整するのを確保する。ゴニオメータ（２１３）の出力が監視されて、実際の可動域及び達成したストレッチ量を測定する。別の実施例において、着用者は、自分の筋肉を使用して、自己の能力の及ぶ限りまで背屈又は外反のストレッチを開始する。ＥＭＧセンサ（２１０）は、この活動を検出して、ＦＬＡは、着用者が開始したストレッチをサポートするよう作動され、バランス取りを維持し、疲労の防止を助ける。更に別の実施例において、第１、第２、及び第３のＦＡＬ（２０１，２０４，及び２０８）が同時に作動されて、組み合わされた背屈及び踵外反ストレッチを実施する。制御ハードウェアは、圧力センサ（２１１）及びゴニオメータ（２１３）を監視し、十分な力及び効率的な可動域でストレッチが加えられていることを確保する。
【００２９】
（図２Ｅ〜２Ｆ：ベース層，足首ＰＰＳＥ）
図２Ｅ〜２Ｆは、足首ストレッチＰＰＳＥベース層の要素を例示している。ベース層は、足からふくらはぎ上部に延びるソックス（２１６）を含むことができる。ソックスは、通気性のある弾性材料から構成することができ、快適さを求めてシームレスとすることができる。一部の実施形態において、ベース層は、人間の皮膚に対して比較的良好な接着性を提供する摩擦係数を有することができる。ふくらはぎ上部及び足首下部（２０２，２１５）にある可撓性グリップは、ソックスに取り付けられ、ベース層と一体化されて、ストレッチ活動の際に荷重を着用者の身体に快適且つ効率的に伝達する。ＰＰＳＥの着脱を容易にするために、閉鎖要素（２１７）が設けられる。閉鎖要素は、面ファスナー、スナップ、ジッパー、ボタン、又は同様のものを含むことができる。或いは、ベース層は、特定の閉鎖要素なしで着用者がＰＰＳＥを簡単に着脱することができるほど十分な弾性コンプライアンスを有することができる。閉鎖要素の性質は、着用者の障害又は手先の器用さに基づいて選択することができる。例えば、良好な器用さを有する着用者は、何らかの閉鎖要素なしでＰＰＳＥを着脱することができ、他方、器用さが限定された患者は、ＰＰＳＥを独力で着脱するには大きなループ状の引き手を有するジッパーを必要とする可能性がある。
【００３０】
（ストレッチプロファイル）
（図３Ａ〜３Ｃ：ストレッチのための作動制御）
図３Ａ〜３Ｃは、本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥの作動制御の要素を例示している。各制御方式は、２段ストレッチ及び保持方式を有し、結合組織における塑性変形の量を最大化し、このことは可動域の増大につながる。各制御方式は、時間（全てのグラフにおいて水平軸）の番号付き区域で記載されている。ストレッチ及び保持動作は、ＦＬＡによって作動されてクラッチにより保持され、その制御は、時間、アクチュエータ力、足の反応力、足関節位置、及び筋肉の筋電図検査の測定によって有効にされる（図２を参照）。特定の力レベル及び関節位置レベルは、以下の説明で示されるように、プログラミングステップ（図７を参照）で予め設定される。ＰＰＳＥは、足及び足首の３つのバイオメカニクス的自由度を制御し（図１及び図２を参照）、明確にするために、ここでの関節位置は、同時に制御されることになる３つの全ての自由度におけるストレッチを表す。各ストレッチ区域全体にわたり、関節位置は、プログラミングで設定された安全閾値位置（３０７）を超えることはない。
【００３１】
（図３Ａ：位置制御されるストレッチのための制御方式）
図３Ａは、１つの制御システム、すなわち、位置制御ストレッチを例示している。縦軸（３０１）は、相対足関節位置であり、静止位置が開始位置（３０２）として示されている。正の方向（３０３）は、相対背屈、すなわちトウアップを示し、及び負の方向（３０４）は、足底屈、すなわちトウダウンを示す。第１のストレッチ区域（３２０）は、静止位置（３０２）からストレッチ１位置（３０５）までの、ＦＬＡによって作動される位置における緩やかな傾斜部である。ストレッチ傾斜時間の時間的継続は、ストレッチしている人の筋肉の伸張反射をトリガしないようなものとすることができる。必要に応じて、ＥＭＧセンサを用いて筋肉を監視し、伸張反射が発生していないことを確保することができる。ストレッチの制御を担う制御ハードウェアは、引張力の立ち上がりの速度を記録して、伸張反射が検出されたかどうかに応じて、当該速度を変更することができる。例えば、伸張反射が検出された場合、制御ハードウェアは、より長い時間期間にわって力の増大が生じるように、立ち上がり時間を調整することができる。ストレッチ１位置（３０５）は、プログラミングの際に設定される。第２のストレッチ区域（３２１）は、設定された時間期間でのストレッチ１位置（３０５）の保持である。保持位置（３０５）の設定された時間期間は、あらゆる好適な時間期間とすることができる。一部の実施形態において、設定された時間期間は、足の組織の十分なストレッチを確保するのに十分な長さとすることができる。例えば、足の内部の組織が十分に伸張されるのを確保するためには、少なくとも４又は５分の時間期間が必要とされることが分かっている。従って、PＰＰＳＥの利点は、ストレッチの持続時間全体を通して必要なストレッチ力を維持できることである。対照的に、セラピスト又はストレッチ処置を受ける人間は、長い時間期間にわたり一定の力を提供する能力においてＰＰＳＥに適合させることができない。ＦＬＡのモータ、機械クラッチ、又は電気積層クラッチによって保持を作動させることができる。第３のストレッチ区域（３２２）は、ＦＬＡによって作動される関節位置において緩やかな傾斜部とすることができ、この位置で、クラッチ（もしあれば）が解放される。関節位置ストレッチ２（３０６）は、プログラミングの際に設定することができ、ストレッチ２（３０６）を上回る可能性がある。第４のストレッチ区域（３２３）は、ストレッチ２位置（３０６）の保持であり、機械クラッチ又は電気積層クラッチによって作動することができる。保持の持続時間は、プログラミングの際に設定され、保持の持続時間は、あらゆる好適な時間期間とすることができる（例えば、２０〜３０秒、数分、又は５分以上）。第５のストレッチ区域（３２４）は、静止姿勢（３０２）に戻る緩やかな傾斜部の位置とすることができる。これは、アクチュエータの緩慢な反転又は制御された解放によって作動することができる。必要に応じて、解放区域（３２４）は、静止姿勢（３０２）への瞬時的な段階的変化を達成できる点で、比較的高速とすることができる。ストレッチルーチンの間のいつでも、ユーザは、足が静止姿勢（３０２）に戻るように、ＰＰＳＥに係合解除を指示することができる点��理解されたい。更に、ユーザはまた、必要に応じて張力及び保持持続時間を調整する機会を提供することができる。
【００３２】
（図３Ｂ：粘弾性トリガストレッチ用の制御方式）
図３Ｂは、力センサを用いて関節の応力緩和を測定して、測定した応力緩和に基づいてストレッチを保持する時間を決定することに基づいた、ストレッチ制御システムを例示している。この制御方式により、日毎のストレッチを同じ力により決定することが可能となるので、ユーザの関節がよりきつくなった日には、より小さい距離のストレッチが適用される。また、この制御方式により、可動域を最も良好に増大させると考えられる粘弾性又は塑性の変形を最大化するようにして、ストレッチを実施することが可能となる。上のグラフでは、図３Ａと同様に、縦軸（３０１）は、相対足関節位置であり、静止位置が開始位置（３０２）として示されている。正の方向（３０３）は、相対背屈、すなわちトウアップを示し、及び負の方向（３０４）は、足底屈、すなわちトウダウンを示す。下のグラフでは、縦軸（３１０）は、関節における相対ストレッチ力であり、ゼロ（３１１）にて静止位置である。
【００３３】
第１のストレッチ区域（３４０）は、静止位置（３０２）から、ストレッチ力がプログラム通りに特定のレベル（３１３）に達する位置によって定められる終了位置（３１２）までの、ＦＬＡによって作動される位置における緩やかな傾斜部である。ストレッチ力は、ＦＬＡによって加えられる接触器の力によって決定することができ、或いは、センサを用いて測定することができる。１つの実施形態において、特定のレベル（３１３）は、ユーザによってオンザフライで設定することができる。例えば、ストレッチ力は、一定の割合で増大させることができ、ユーザは、ユーザインタフェースに入力を提供することにより、ＰＰＳＥに対してストレッチ力の増大を停止するよう指示することができる。第１のストレッチ区域はまた、最大で定義された力レベルまでの力の傾斜部とすることができ、これは、力が、位置の傾斜部に対して指数関数的に増大するとみられるためである。第２のストレッチ区域（３４１）は、位置（３１２）の保持である。この位置の保持の間、関節は、粘弾性的に弛緩するとみなされる。プログラム段階で設定されたプログラムレベル（３１４）まで力が弛緩すると、第３のストレッチ区域（３４２）が始まる。第３のストレッチ区域は、第１のストレッチ区域用にプログラムされたのと同じ力レベル（３１３）が生じる位置までの位置の傾斜部である。第２のストレッチ区域の間の粘弾性弛緩に起因して、力レベル（３１３）は、第１のストレッチ区域（３４０）の間に到達した関節位置（３１２）と比べて、より背屈した関節位置（３１５）にて生じるとみなされる。第４のストレッチ区域（３４３）は、力弛緩の測定を伴う、プログラムされた力レベル（３１３）によって定められる位置（３１５）での保持である。測定された応力がプログラムされたレベル（３１４）に達すると、第５の区域（３４４）が始まる。第５の区域において、クラッチを解放し、アクチュエータを反転又は解放することにより、関節が緩慢に解放されて静止位置に戻る。コラーゲンの粘弾性の時定数は、約１００秒である。従って、ストレッチのおおよその時間は、標準指数関数関係に従う最大ストレッチ力と目標弛緩力レベル（３１４）の比により予測することができ、すなわち、
【数１】
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である。最大力の６１％までの低下が５０秒にわたって起こることができ、Ｆｍａｘの３６％までの低下が１００秒にわたって起こることができ、Ｆｍａｘの１３％までの低下が２００秒にわたって起こることができる。従って、この制御モードは、数分から３０分続くストレッチシーケンスが発生する可能性がある。
【００３４】
必要に応じて、ストレッチ及び保持区域は、ストレッチセッションの間に何度でも繰り返すことができる。ストレッチ力、位置、保持区域は、関節（例えば、足）及び組織の粘弾性パラメータをターゲットとするように選択される。
【００３５】
（図３Ｃ：ＥＭＧを用いた能動的ストレッチの制御方式）
図３Ｃは、ストレッチを補助するため、ユーザによる関節での筋肉の活性化に加えて、作動ストレッチ及び保持、粘弾性弛緩の測定を伴う上述のシステムをベースとしたストレッチ制御システムを例示している。能動的ストレッチは、機械的補助（アクチュエータと並行して筋肉を引っ張る）及び神経相反性抑制によって、関節をより深いストレッチに引っ張ることができる。相反性抑制では、関節における１つの動作での筋肉のアクティベーション（活性化）は、関節における反対の動作での筋肉のアクティベーションを抑制する（拮抗筋）。足首の場合、前脛骨筋及び他の背屈筋のアクティベーションは、腓腹筋、ヒラメ筋及び他の足底屈筋の動作を抑制することができる。ユーザは、電話／タブレットアプリケーションを通じて筋肉をアクティベーションするタイミングの指示を受けることができ、アクティベーションは、デバイスにおけるＥＭＧセンサ（図２Ｃ〜２Ｄを参照）を用いて測定することができる。相反性抑制は、ストレッチされる筋肉、この実施例では腓腹筋及びヒラメ筋のＥＭＧ測定によって検証することができる（図２Ｃ〜２Ｄを参照）。
【００３６】
図３Ａ及び３Ｂと同様に、上のグラフは、相対的関節位置を示している。縦軸（３０１）は、相対足関節位置であり、静止位置が開始位置（３０２）として示されている。中央のグラフでは、図３Ｂと同様に、縦軸（３０１）は、関節における相対ストレッチ力（トルク）であり、ゼロ（３１１）にて無荷重静止位置である。下のグラフの縦軸は、アクチュエータ（３４０）における相対的な力を示す。
【００３７】
第１のストレッチ区域（３６１）において、ユーザは、ストレッチの方向（と同じ方向での作動）に対して主動筋である筋肉（足首では、前脛骨筋及び他の背屈筋）を電話／タブレットアプリケーションのキューで最大近くの作動力又は許容レベルまでアクティブにする。アクチュエータは、自発的な背屈動作に適合し、足の回転と足首外反のバランスを取るための作動力を提供する（図２Ａ〜２Ｂを参照）。これらの２つの自由度は、神経筋疾患のユーザにとって自発的に制御することはより困難である。別個の自由度の作動は、グラフにおいて別々に表されている。第１のストレッチ区域（３６１）は、最大自発的位置（３４２）に達したときに終了し、これは、プリセットレベル又は小さな時間範囲（例えば、３００ミリ秒）にわたりそれ以上の増大が無いことによって定められる。第１のストレッチ区域（３６１）の終わりでは、筋肉がアクチュエータと並列に引っ張っているので、アクチュエータ力が小さい（３４１）にも関わらず、関節におけるストレッチ力は大きい。第２のストレッチ区域（３６２）において、関節位置（３４２）は、背屈筋肉のアクティベーションを継続して、機械クラッチを用いるなどでアクチュエータにより保持される。第３のストレッチ区域（３６３）において、同じ関節位置は保持され（３４２）、背屈筋肉は弛緩されており、デバイスは、増大した力を提供する（３４４）。第４のストレッチ区域（３６４）において、第１のストレッチ区域（３６１）と同様に、背屈筋が自発的にアクティベートされて、実施可能な最大ストレッチ位置に到達する。このストレッチ位置は、その前の保持位置（３４２）の上方であるか、上方でないこともある。モータはまた、背屈位置に適合し、足及び足首の回転自由度を制御するようバランス力を提供する。関節におけるストレッチ力は増大し（３４３）、作動力は低いままである（３４１）。ストレッチ区域（３６５）において、区域（３６２）と同様に、デバイスは、例えば、クラッチにより関節位置を保持し、ユーザは、主動筋の自発的アクティベーションを継続する。ストレッチ力は、粘弾性弛緩（３４７）と共に低下する。ストレッチ区域（３６６）において、ストレッチ区域（３６３）と同様に、ユーザは、背屈筋を弛緩し、デバイスは、関節位置を保持して、作動力は増大する（３４４）。区域（３６３）及び（３６６）の終わりは、図３Ｂの区域（３４１）及び（３４３）と同様に関節力レベル（３４７）によって、或いは、図３Ａの区域（３２１）及び（３２３）と同様に時間によってトリガすることができる。最終区域（３６７）において、関節が緩く弛緩されて、静止位置に戻る。
【００３８】
（輪郭ブロック（足首））
図４Ａ〜４Ｃは、本開示の特定の実施形態による、作動時に所望のプロファイルを形成し、非作動時に柔軟性を可能にするよう弛緩することができる輪郭ブロックのシステムを例示している。輪郭ブロックのシステムは、脱着の柔軟性を可能にしながら、足の足底面などの解剖学的構造を適切に支持するＰＰＳＥ用途で用いることができる。
【００３９】
（図４Ａ：輪郭ブロック（解放））
図４Ａは、輪郭ブロックのシステムを例示している。複数のブロック（４０１）がケーブル（４０２）上で張られている。ケーブルは、最初は弛んだ状態にされ、輪郭ブロックのシステムが緩く柔軟性があるようになる。これにより、システムは、大きな抵抗もなく身体（例えば、足）に又は身体から容易に着脱することができる。輪郭ブロックは、あらゆる好適な材料から構成することができる。例えば、輪郭ブロックは、発泡材料又は荷重を受けて圧縮することができる材料から構成することができる。別の実施例として、輪郭ブロックは、プラスチック、金属、布地、木、発泡体、又はこれらの何れかの組み合わせから構成することができる。輪郭ブロックは、より高密度のブロックが低密度のブロックよりも安定性又は剛性を提供するように、異なる密度を有して構成することができる。
【００４０】
（図４Ｂ：輪郭ブロック（引き締め））
図４Ｂは、引き締め時の図４Ａの輪郭ブロックのシステムを例示している。ケーブル（４０２）に張力（Ｔ）を加えることにより、着用者の解剖学的構造を支持する輪郭面を輪郭ブロックが共に形成するように、輪郭ブロック（４０１）が共に引き合わされる。この実施例において、第１の輪郭部（４０３）は、足の甲と足首の前部を支持し、第２の輪郭部（４０４）は、足の足底面を支持し、また、第３の輪郭部（４０５）は、踵又は踵骨を支持する。ケーブル（４０２）への張力（Ｔ）の印加は、ＦＬＡで実現することができる。ＦＬＡが作動すると、ケーブル（４０２）が引き締められ、これは、同時に輪郭ブロック（４０１）を引き寄せて輪郭面（４０３，４０４，４０５）を形成し、またストレッチのため足を背屈に引き込む。この実施例では、ケーブルは連続しており、足の前部にて滑車（４０６）の周りを通過して、踵にて輪郭を支持するブロックまで後方に延びる。従って、ＦＬＡが作動したときのように、輪郭ブロックを共に引き合わせることに加えて、足首の前部、中足指節（ＭＴＰ）関節の下方及び踵の後部で圧縮力（４１０，４１１，４１２）が発生し、これらが全体として足首の回転中心（４０８）の周りにトルクを発生させて、背屈にて足を回転させる。図４Ｂには図示されていないが、追加の輪郭ブロックを追加して別のＦＬＡに接続し、踵の外反ストレッチを提供することができる。
【００４１】
図４Ｃは、足首ＰＰＳＥにおいて輪郭ブロックを利用した代替の実施形態を例示している。図４Ｂと同様に、輪郭ブロック（４０１）は、足底面及び踵骨又は踵を支持する輪郭面（４０３，４０４，４０５）を生成する。上述のように、ケーブルは、足の前部にて滑車（４０６）の周りをループする。加えて、ケーブルは、踵付近で第２の滑車（４０９）の周りをループして、足首（４１３）の前部のストラップ又は輪郭ブロックに向けて前方に通過する。図４Ｂの実施例と同様に、ケーブル（４０２）の張力は、輪郭ブロック（４０１）を引き寄せて輪郭面（４０４，４０５）を生成し、また足首の前部、ＭＴＰ関節の下方及び踵の後部で圧縮力（４１０，４１１，４１２）を発生させ、これらが全体として足首の回転中心（４０８）の周りにトルクを発生させて、背屈にて足を回転させる。
【００４２】
（フットプレート，ケーブル支持）
図５Ａ〜５Ｊは、本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持のフットプレートの概念を例示している。
【００４３】
（図５Ａ：足及びケーブル支持フットプレートの上方正面図）
図５Ａは、足及び足首ストレッチＰＰＳＥで使用するケーブル支持フットプレートの上方正面図を例示している。フットプレート（５０１）は、足の最も幅広の点の側部を少し越えて延びているのが分かる。５つのＭＰＳは、破線（５０２）にほぼ沿った中足骨（ＭＴ）と趾節骨（Ｐ）の間の関節である。フットプレート（５０１）は、フットプレート（５０１）の中心（５０５）にて上方の力及び端部（５６０及び５７０）にて下向きの力を加えるバネ付勢が内蔵されるように構成される。ケーブル（５０３）は、端部（５６０）に取り付けられ、同じケーブル（５０３）が他方の端部（５７０）に取り付けられる。第１のＦＬＡ（図示せず）は、端部（５６０）に結合することができ、第２のＦＬＡ（図示せず）は、端部（５７０）に結合することができる。
【００４４】
（図５Ｂ〜５Ｃ：非荷重ケーブル支持フットプレート）
図５Ｂ〜５Ｃは、ＭＴＰ関節（ＭＴＰ）の断面を通る非荷重状態のケーブル支持フットプレートの正面図を例示している。フットプレート（５０１）を支持するケーブル（５０３）は、緩く弛緩されて、フットプレート（５０１）が足の足底面（５０４）に最小圧力を加え、ＭＴＰ及びＭＴＰ間の結合組織（ＣＴ）が弛緩状態又は遊離状態にあるようになる。
【００４５】
（図５Ｄ〜５Ｅ：加荷重ケーブル支持フットプレート）
図５Ｄ〜５Ｅは、ＭＴＰ関節（ＭＴＰ）の断面を通る加荷重状態のケーブル支持フットプレートの正面図を例示している。フットプレート（５０１）を支持するケーブル（５０３）は、ここでは引き締められ、フットプレート（５０１）が足の足底面（５０４）に圧力を加え、ＭＴＰ間の結合組織（ＣＴ）が伸張状態にあるようになる。従って、ケーブルに張力を加えると、ＭＴＰ間の結合組織（ＣＴ）を伸張し、ケーブルの配置によっては、背屈又は外反において足首も伸張することができる。ケーブル（５０３）が端部（５６０及び５７０）を引き上げていても、上向きの付勢力５５０が依然として加わる。この力の組み合わせは、足のＭＴＰ関節がフットプレート（５０１）の幅にわたって伸張され、外側ＭＴＰ関節が、足の所有者に不快感を与えるような方法で中心ＭＴＰ関節（例えば、ＭＴＰ関節１）の周りを極端に回転しないようにする。従って、フットプレート（５０１）による張力を受けた状態では、ＭＴＰ関節は、フットプレート（５０１）にわたって広がり、これにより背屈及び踵の外反ストレッチに理想的なバランスの取れた荷重位置に足を配置する。
【００４６】
（図５Ｆ〜５Ｇ：足底及び足首ストレッチ）
図５Ｆ及び５Ｇは、足の前部に加わる上向きの力が足底筋膜の伸張（５Ｆ）又は背屈における足首の伸張（５Ｇ）をどのようにして行うことができるかを例示している。図５Ｆ及び５Ｇの両方において、上向きの力（Ｆ）がＭＴＰの領域において足の前部に加えられる。図５Ｆにおいて、足底面（５０４）は支持されておらず、上向きの力（Ｆ）により、足自体が上向きに曲がり、足のアーチ（５０６）に作用して、足底筋膜をストレッチ（伸張）する。図５Ｇにおいて、足底面（５０４）は、フットプレート又は輪郭ブロックなどで支持され、上向きの力（Ｆ）により、足首がその回転中心（５０８）の周りで背屈の方に回転（５０７）するが、アーチ（５０６）は実質的に影響を受けない。足首が回転（５０７）すると、踵（５０９）はまた、前方に移動する（アキレス腱の伸張を補助する）。
【００４７】
（図５Ｈ〜５Ｉ：フットプレート特性）
図５Ｈは、長手方向軸（５１１）及び横軸（５１２）を有するフットプレート（５１０）を示す。フットプレートは、異なる軸にて異なる曲げ及びねじり剛性を有するように設計される。異なる剛性は、埋め込み繊維配向などの材料選択又は特性を通じて、或いは設計外形形状によって達成することができる。この足首ストレッチＰＰＳＥの実施例では、フットプレート（５１０）は、長軸（５１１）の周りにねじり柔軟性（５１３）を有し、外反ストレッチを容易にし、並びに足にわたってバランスがとれた荷重を可能にすることができる。フットプレート（５１０）は、長手方向軸（５１１）に沿った屈曲（５１４）又は横軸（５１２）の周りの曲げ（５１５）の抵抗を提供するようより剛性がある。長手方向軸（５１１）に沿った剛性は、上述のように、背屈における足首の伸張と足底筋膜の伸張において足底面に対する支持を提供する。一部の実施形態において、フットプレート（５０１）は、足の長さ全体にわたる必要はなく、足先から踵骨の始まりまでにわたることができる。
【００４８】
図５Ｉは、足の原位置での図５Ｈのフットプレート（５１０）を例示している。ケーブル（５１６）は、フットプレート（５１０）の下方に縫い込むように装着されている。通常は１又は２以上のＦＬＡによってケーブルに加えられる上向きの力（Ｆ）は、足首の回転中心（５０８）の周りに背屈トルクを生成し、足首がストレッチのため背屈で回転するようになる。この実施例において、ケーブル（５１６）は、フットプレート（５１０）の真下を通過して、踵ストラップ（５１７）を通って踵の背後にループする連続ループである。従って、上向きの力（Ｆ）によって生じるケーブルの張力はまた、踵に対して圧縮力（５１８）を生成し、足首背屈ストレッチを補助する。ＦＬＡは、フットプレート上に存在する取付ポイントを引き寄せることができ、これにより上向きの力（Ｆ）を引き起こし、これもまた圧縮力（５１８）になる。
【００４９】
（図５Ｊ：フットプレート及びケーブルへのＦＬＡのカップリング）
図５Ｊは、図５Ｉのフットプレート（５１０）及びケーブル（５１６）へのＦＬＡ（５２１）のカップリングを例示している。ＦＬＡの動作は、ツイストストリングの回転に依存することができる。回転のためのアンカーポイント（５２２）はストラップ（５２３）によって設けられる。ケーブル（５１６）は、アンカーポイント（５２２）に取り付けられ、該アンカーポイントは、ストラップ（５２２）を通って固定されるシカゴスクリュー（Ｃｈｉｃａｇｏ  ｓｃｒｅｗ）とすることができる。ストラップ（５２３）は、第１及び第２のＦＬＡアンカーポイント又は取り付け部材（その１つのみが図５Ｊに示されている）を含むことができる。第１のＦＬＡは、第１のＦＬＡアンカーポイント（５２２）に結合することができ、第２のＦＬＡは、第２のＦＬＡアンカーポイント（図示せず）に結合することができる。ＦＬＡ（５２１）の線形張力は、ＦＬＡ（５２１）の張力がケーブル（５１６）を張った状態で引っ張るが、ストラップ（５２３）は依然として僅かに緩いようなストラップ及びケーブルの相対長さを構成することにより、アンカーポイント（５２２）を介してケーブル（５１６）に伝達される。第２のＦＬＡ（図示せず）の線形張力は、第２のＦＬＡの張力がケーブル（５１６）を張った状態で引っ張るが、ストラップ（５２３）は依然として僅かに緩いようなストラップ及びケーブルの相対長さを構成することにより、第２のアンカーポイントを介してケーブル（５１６）に伝達される。両方のＦＬＡが係合されると、フットプレート５１０は、背屈ストレッチを実施することができる。第１のＦＬＡのみがアクティベートされるときには（例えば、足の内側部のアンカーポイントに取り付けられたＦＬＡなど）、フットプレート５１０は、外反ストレッチを実施することができる。第２のＦＬＡのみがアクティベートされるときには（例えば、足の外側部のアンカーポイントに取り付けられたＦＬＡなど）、フットプレート５１０は、腓骨ストレッチを実施することができる。
【００５０】
（輪郭ブロック及び電気積層クラッチを備えたフットプレート）
図６Ａ〜６Ｂは、本開示の特定の実施形態による、輪郭ブロック及び電気積層クラッチを備えたフットプレートを例示している。
【００５１】
（輪郭ブロック及び電気積層クラッチを備えた緩い／弛緩したフットプレート）
図６Ａは、緩い又は弛緩した状態の輪郭ブロック（６０２）を有するフットプレート（６０１）を例示している。輪郭ブロックを縫い込むようにされたケーブル（６０３）は、緩く又は弛緩している。フットプレートの電気積層クラッチ（６０４）が係合解除され、輪郭ブロックがケーブルに沿って分離するように解放される。これによりＰＰＳＥの脱着が容易になると共に、ストレッチが実施されていないときに足底に圧力を加えないことにより、着用者を快適にすることができる。
【００５２】
（図６Ｂ：輪郭ブロック及び電気積層クラッチを有する、引き締められ／作動したフットプレート）
図６Ｂは、作動又は引き締められた状態の輪郭ブロック及び電気積層クラッチを備えたフットプレートを例示している。力（Ｆ）がケーブル（６０３）に加えられる。力（Ｆ）は、背屈ストレッチを補助する、足の前部に対する上向きの力、又は独立した力とすることができる。力（Ｆ）は、ケーブル（６０３）を締め付け、輪郭ブロック（６０２）をフットプレート（６０１）の底部に引き寄せる。フットプレート（６０１）に対する輪郭ブロック（６０２）の圧力により、フットプレートは、変形されていない輪郭部（６０６）から離れて曲げられて、輪郭ブロック（６０１）のプロファイルに共形となる。この状態で電気積層クラッチ（６０４）を係合すると、ケーブル（６０２）の張力が解放されている場合でも、輪郭ブロックをこの構成で維持することができる。
【００５３】
（使用モデル）
（図７：例示的な使用モデルのフローチャート）
図７は、本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥの例示的な使用モデルのフローチャートを示す。ＰＰＳＥは、臨床医、理学療法士（セラピスト）、又は医師などの参照提供者によって指示を受けることができる（７０１）。ＰＰＳＥは、通常は、指示されているサイズ、所要の力又は特定のストレッチなどのパラメータについて着用者を評価することができる矯正医によって、個々の着用者にフィッティングする（７０２）ことができる。次いで、ＰＰＳＥは、標準の構成要素のセットから矯正医によって、又は例えばカスタム構成要素が必要とされる場合は製造施設において個々の着用者のために準備（７０３）する。
【００５４】
次いで、ＰＰＳＥは、着用者用に指示される特定のストレッチに対してプログラムされる。第１のプログラミングステップ（７０４）において、ＰＰＳＥは、セラピストによって実施されるときにストレッチを「学習」している。例えば、セラピストは、背屈足首ストレッチをマニュアルで実施し、トレーニング及び着用者の要求の熟知に基づいて、適切な量の力又は抵抗を適用することができる。ＰＰＳＥは、例えば、フットプレートの圧力センサ、足関節のゴニオメータ、又はセンサ及び制御層の他の要素を用いてストレッチの際に加えられる力を検出することができる。これにより、ＰＰＳＥは、センサ及び制御層を介してセラピストによって実施されるストレッチを再現することが可能となる。第２のプログラミングステップ（７０５）において、ストレッチの持続時間及び頻度を含む、ストレッチレジメン又はルーチンがプログラムされる。次いで、着用者は、ＰＰＳＥを用いて、例えば、システムを着脱する方法、デバイスの清掃及び手入れ、並びにＰＰＳＥを用いたストレッチレジメンの何れか特定のガイドライン又は手法についてトレーニング（７０６）を受ける。
【００５５】
次に、着用者が解放されて、自宅で独立したストレッチ補助のためＰＰＳＥを使用する（７０７）。指定されたストレッチ及び着用者の能力に応じて、ＰＰＳＥは、睡眠中、余暇時間の間、又は所与のストレッチシーケンスの他の適切な設定の際にストレッチのために着用することができる。自宅で使用している際に、ＰＰＳＥのセンサ及び制御層は、レジメンに対する着用者のコンプライアンス、ＰＰＳＥステータス、並びに可動域及び関節スティフネスのようなストレッチに関連する分析を含む、ストレッチレジメンに関するデータのログを取る。これらのデータは、ログ取りされて、臨床医、セラピスト、介護者又は他の個人又はサービスに報告される（７０８）。これらのデータに基づいて、ストレッチレジメンプログラミングが必要に応じて調整される。
【００５６】
（図８：ＰＰＳＥ学習）
図８は、本開示の特定の実施形態による、ストレッチを「学習」しているＰＰＳＥを例示している。セラピスト（８０１）は、足首ストレッチＰＰＳＥ（８０３）を着用している患者（８０２）に足首背屈ストレッチをマニュアルで実施している。ＰＰＳＥ（８０３）のセンサ及び制御層は、ゴニオメータを介して可動域、フットプレートの圧力センサを介して足圧力分布、又はＰＰＳＥの他の力又は動作のようなストレッチのパラメータを検出する。次に、ＰＰＳＥは、センサ及び制御層によって制御されるＦＬＡなどの電源層構成要素（８０４）によってこのストレッチを再現することができる。
【００５７】
（足首牽引力カフス）
牽引力は通常、関節の可動域を増大させてストレッチを容易にし、ストレッチの有効性を向上させることができる。図９Ａ〜９Ｈは、本開示の特定の実施形態による、足首ストレッチを容易にするため足関節に牽引力を加えるカフスを例示している。
【００５８】
（図９Ａ：足首の足首牽引力カフス）
図９Ａは、足首の足首牽引力カフス（９０１）を例示している。足首牽引力カフスは、端部セクション（９０４）よりも中心セクション（９０３）でより大きな直径を有する、略バレル形である。１又は２以上のケーブル（９０５）は、足首の周りを囲み、通常は、カフスの周りで略円周配列でカフス（９０６）の本体を通って埋め込まれ又は紐付けされる。１又は２以上のケーブルに張力を加えることにより、カフスの中央のバレル部分を収縮して、カフス全体を伸長し、足関節に牽引力を加えるようにする。
【００５９】
（図９Ｂ〜９Ｅ：カフス本体）
図９Ｂは、カフス本体（９０６）を例示している。カフスは、上側開口（９０７）、下側開口（９０８）、及び中心チャネル（９０９）を有する。カフスは、非変形状態に戻るように実質的に弾性特性を有する変形可能材料から作られる。この非変形状態では、カフスは、上述のようなバレル形構成を有する。張力が１又は２以上のケーブルに加えられると、カフスは、中心セクションに沿って中心が縮小した変形プロファイルに収縮される。
【００６０】
図９Ｃは、カフス本体（９０６）の断面と、カフス本体を収縮して変形させる１又は２以上のケーブルによって加えられる圧縮力を例示している。図９Ｄは、変形プロファイル（９１０）及び非変形プロファイル（９１２）両方におけるカフス本体（９０６）を例示している。より大きい非変形直径（Ｄ０）がより小さい変形した直径（Ｄ１）に収縮されるにつれて、より短い非変形長さ（Ｌ０）がより長い変形した長さ（Ｌ１）まで伸長して、牽引力を発生する。図９Ｅは、接触領域（９１３，９１４）を例示している。
【００６１】
（図９Ｆ〜９Ｈ：カフスケーブル構成）
図９Ｆ及び９Ｇは、１又は２以上のケーブルの実施可能な構成を例示している。図９Ｆは、略平行の円周方向構成の１又は２以上のケーブル（９０５）を例示している。図９Ｆは、交差構成の、この実施例では、足首の側部のポイント（９１５）にて交差している１又は２以上のケーブル（９０５）を例示している。交差構成は、足首が屈曲したときにカフスがより多くの可動域で曲げることを可能にすると共に、カフスのスティフネス又変形パターンの最適化を可能にすることができる。図９Ｈは、全てのケーブルを締め付け及び解放し、牽引及び解放の自動プログラミングシーケンスを可能にする自動締め付け機構（９１６）を例示している。
【００６２】
（図１０：足の荷重分布を感知してストレッチバイオメカニクスを制御する半剛性組立体に一体化された圧力センサアレイ）
図１０Ａ〜１０Ｃは、本開示の特定の実施形態による、（１）較正ステップの際にストレッチバイオメカニクスを測定すること、及び（２）ストレッチの適用の際に作動荷重及び荷重のバランス取りを制御することを目的として、足又は足首にかかる荷重の分布を感知するのに使用される、軟質及び半剛性組立体に一体化された圧力センサアレイを例示している。
【００６３】
ストラップ（１０００）に一体化された単一の圧力感知領域（力感知抵抗、ＦＳＲ）（１００１）を例示している。ストラップは、センサをＰＰＳＥに一体化するため及び荷重用途のために用いることができ、非導電性ウェビング又は低伸展性の同様の細幅布で作ることができる。圧力感知材料は、加えられた圧力により電気抵抗を変化させ、力感知抵抗（ＦＳＲ）を形成する。ＦＳＲ（１００１）は、導電性糸と非導電性糸の組み合わせを用いて所定位置に縫い付けられて、４つの全ての側部の周りに機械的接触部及び２つの対向する側部に沿って電気的接続部（１００２）を形成する。電気的接続部（１００２）は、ＦＳＲに接触する側部上に導電性糸及び対向する側部（１００３）上に非導電性糸でＦＳＲを縫い付けることにより形成される。ＦＳＲの周囲の残りの部分（１００４）は、非導電性糸（ＮＣＴ）で縫い付けられ、導電性糸の間で電気的接触をすることなく、ＦＳＲとストラップとの間に機械的接続を提供する。導電性糸（１００３）の縫い付けは、ＦＳＲとの各接触部から電気的接触がなされる位置（１００５）（この場合はストラップの端部）まで続く。ＦＳＲ領域（１００１）及び導電性糸（１００３）は、ラミネーション（１０１０）によって電気的に絶縁される。ラミネーション層（１００７）は、導電性糸の一部を露出させて、電気的接触部（１００５）を形成する。力感知抵抗組立体は、足又は脚の特定の位置でウェアラブルデバイスに一体化することができ、結果として得られる抵抗は、例えば、分圧回路を用いて読み出しセンサとして使用される。
【００６４】
図１０Ｂは、足首内反／外反及び中足部回転に加えられる荷重を制御する目的で、半剛性プレート（１００７）及びストラップ（１００８）を有する組立体に一体化されて足の異なる領域にわたって相対圧力を測定する圧力センサの空間アレイを例示している。この実施例では、２つの圧力センサ領域（ＦＳＲ）（１００１）がある。足のアーチの内側と側面との間、又は足の母指球の中央側と側方側との間の圧力の差を感知することにより、デバイスは、所望の量の足首外反及び中足部回転を感知し制御することができる。ＦＳＲは、所望の輪郭形状にされるパッド（１０１５）入りの半剛性プレート（１０１１）及びＰＰＳＥとの一体化及び荷重用途のためのストラップ（１００８）の組立体内にある。プレートは、アレイにわたる力の差異を、この実施例では中央側及び側方側でより繰り返し測定するため、足の局所的スティフネスの不均質さをバランス取りする役割を果たす。プレートは、上述のように所望の表面輪郭の形状にすることができる（例えば、図５Ａ〜Ｊ、６Ａ〜６Ｂを参照）。
【００６５】
ＦＳＲ（１００１）は、これらを電気的に接続してコモングランドとして使用される１つの共通導電性糸（１００６）で縫い付けられる。各ＦＳＲは、他のＦＳＲには接続されていない、導電性糸（１００９）と別個の電気的接触を有する。図１０Ａと同様に、ＦＳＲは、導電性糸と非導電性糸の組み合わせを用いて縫い付けられて、全周囲の周りに機械的接触部及び２つの対向する側部に沿って電気的接続部（１００２）を形成する。導電性糸（１００３）は、ＦＳＲを接続する基材の側にのみある。基材の対向する側部は、非導電性糸を有する。ＦＳＲ及び導電性糸を有するストラップの側部は、導電性糸の端部を電気的接触のために開放したままにして（１００５）、電気的絶縁のためラミネート処理（１０１０）される。
【００６６】
図１０Ｃは、図１０Ｂの組立体の層の実施形態を例示している。プレート（１０１１）は、所望のプロファイルの形状にされ、パッド付きスリーブ（１０１５）で覆われている。このパッド付きプレートは、足（１０１７）の表面に接している。ＦＳＲ（１００１）は、ＦＳＲに接触して導電性糸（１００３）で及び対向する側部上で非導電性糸（１０１６）でストラップ（１００８）上に縫い付けられる。電気的絶縁は、ラミネート（１０１０）により達成される。この実施例においては、ＦＳＲは、足の何れかの側部でストラップにより加えられる相対荷重を感知する。有利であれば、層は、異なる組み合わせの順序にすることができる点は理解することができる。例えば、足表面（１０１７）とプレート（１０１１）との間のＦＳＲの位置付けは、足の何れかの側部上で圧力のより高感度な検出を提供することができる。
【００６７】
（図１１．輪郭ブロック：関節可動性、安定化及び圧縮のためのケーブル作動３Ｄ構造）
図１１Ａ〜１１Ｆは、本開示の特定の実施形態による、ケーブル作動３Ｄ構造である輪郭ブロックのための設計パラメータを例示している。輪郭ブロックは、関節可動性、安定化及び圧縮のために用いることができる。分離されたブロック（図１１Ｆ）又は接続されたブロック列（図１１Ａ〜１１Ｅ）は、ブロックを貫通して通るチャネル内に配置されるケーブルを有する。ケーブル荷重下の最終的な立体構成が定められるように、３次元特徴部がブロック内に設計される。ケーブル張力は、ＦＬＡ又は例えばボーデンケーブルを介して接続された遠隔アクチュエータなどのアクチュエータにより達成することができる。ケーブル張力が加えられて目的の立体構成が達成されると、輪郭ブロックの配列は、上述のように身体上の圧力分布及び把持ポイントを制御するのに用いることができる（例えば、図４Ａ〜４Ｃ、６Ａ〜６Ｂを参照）。材料は、実施可能な不均一材料特性を有する、シリコーン又は硬質発泡体のような硬質（分離ブロック）から半剛性（ブロック列）までが想定されている。
【００６８】
図１１Ａは、単一の曲率運動で作動するケーブル作動輪郭ブロックの動作機構を例示している。本図は、ケーブル（１１０２）が荷重を受けていない状態のブロック列（１１０１）を示している。ケーブルは、列内の空隙（１１０４）を通過するように、断面内に位置付けられたブロック列内のチャネル（１１０３）を通って延在している。圧縮力を発生可能にするために、ブロック列の縁部は、一方の端部（１１０５）にて反力で保持され、ケーブルは、ブロック列の他方の端部にてクランプ（１１０６）によってブロックを滑動しないようにされる。
【００６９】
図１１Ｂは、ケーブル（１１０２）が荷重を受けた図１１Ａのブロック列（１１０１）を例示している。ケーブルの張力及び反力（１１０５，１１０６）に起因して、空隙（１１０４）が閉じて、列の断面（１１０７）の狭い部分が所望の輪郭に沿って曲げられる。
【００７０】
図１１Ｃは、より複雑な曲率を生成するため、対向する方向に特徴部を有するブロック列（１１２１）を例示している。この実施例は、４つの作動空隙、すなわち、一方の側部に２つ（１１２２）及び反対の側部に２つ（１１２３）を有し、ケーブル（１１０１）は、ブロックのチャネル（１１２４）を通過し、４つの空隙全てを交差している。列及びケーブル上の反応ポイント（１１０５，１１０６）が必要であるが、明確にするために図では省略されている。
【００７１】
図１１Ｄは、ケーブルが張力を受けた状態の図１１Ｃのブロック列を例示し、Ｓ字曲線を示している。図１１Ｂと同様に、ケーブル張力により、空隙（１１２２，１１２３）が閉じて、対向する側部上の小さな断面領域が所望の輪郭に沿って曲がるようになる。空隙の幾何形状及び位置により、結果として生じる曲げの形状及び荷重変位関係（スティフネス）が制御される。列及びケーブル上の反応ポイント（１１０５，１１０６）が必要であるが、明確にするために図では省略されている。
【００７２】
図１１Ｅは、１つの平面における制御された曲率のため輪郭ブロックチェーン（１１３１）の設計パラメータを例示している。列の狭い部分（１１３２）は、曲げビームとしてモデル化することができる。より長い空隙長さＬ（１１３３）では、最大張力を受けた連続ブロック間の結果として生じる角度は増大し、曲げスティフネスは減少する。より短い空隙深さＤ（１１３４）では、曲線半径が短縮され、最大張力を受けた連続ブロック間の結果として生じる角度は増大する。ビーム曲げ軸線（１１３６）からストリング位置（１１３７）までの増大した距離Ｓ（１１３５）では、列を曲げるのに必要な張力は減少し、構造体を曲げるのに必要なストローク長は増大する。
【００７３】
図１１Ｆは、３次元の曲率を発生させる特徴部を備えた輪郭ブロックを例示している。各ブロックのｘ軸は、チャネルとして定められる。この実施例において、１つのブロック（１１４１）は、合わせ面（１１４２）がｚ軸の周りで僅かに回転するような形状にされる。隣接ブロック（１１４３）は、ｙ軸の周りで僅かに回転された角度を有する合わせ面（１１４４）を有する。従って、ケーブルが張力を受けたときには、ブロック（１１４３）のｘ軸は、ブロックのｙ軸及びｚ軸の両方の周りでブロック（１１４１）のｘ軸に対して回転することができる。
【００７４】
この実施例では、ブロックは、例証で明確にするために分離されているが、無負荷条件下で構造体の有効曲げスティフネス及び位置を制御するため、任意の形状及び角度を有して狭い区域により接続することができる。ブロックはまた、異なる方向で複数のチャネルと組み合わせて、制御可能な輪郭及び圧力分布を有する輪郭ブロックのネットワークを生成することができる。
【００７５】
（図１２Ａ〜１２Ｄ：ＰＰＳＥのラピッドプロトタイピング及びフィッティングのための構成変更可能なシステム）
図１２Ａ〜１２Ｄは、本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥをラピッドプロトタイピング及びフィッティングするための完全且つ迅速な構成変更可能なシステムを例示している。図１２Ａは、使用中の構成変更可能なシステムの側面図、図１２Ｂはその上面図、及び図１２Ｃはその内側図である。ソックス（１２０１）及び脚ラップ（１２０２）は、肌に向けて着用する滑り止め面と、面ファスナーの閉鎖部のフック側を付着させることができる外側の面とを有して布地から作られる。ＦＬＡ（１２０３）は、名称が「Ｆｌｅｘｇｒｉｐ（可撓性グリップ）」である国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ／１６／１９５６５及び名称が「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｓｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｘｏｓｕｉｔ  ｓｙｓｔｅｍ（補助外装スーツシステムのためのシステム及び方法）」である米国仮特許出願第６２／３７８，５５５号に記載されるように、可撓性グリップのプロトタイプを製作するために面ベースの「シダテープ」（１２０４）によって取り付けられる。
【００７６】
図１２Ｄは、ソックスの漸変パターンを例示している。パターン要素は、足指（１２０５）、漸変中足部（１２０６）、踵底部（１２０７）、踵後部（１２０８）、内側足首ラップ（１２０９）及び外側足首ラップ（１２１０）を含む。
【００７７】
（図１３：測定及び算出データのテーブル）
図１３は、本開示の特定の実施形態による、ＰＰＳＥのプログラミング及び使用時にＰＰＳＥによって測定又は計算され、或いはＰＰＳＥに入力されたデータ及びこれらのデータの用途を記載している。これらのデータは、ストレッチレジメンのバイオメカニクス及びプログラミング詳細事項を含み、複数の用途のためこれらのデータを格納するデータベースに接続することができる。
【００７８】
複数の直接測定は、上述のようにＰＰＳＥに一体化された埋込センサによって実施され、限定ではないが、皮膚ストレッチ（１３０１）、関節位置（１３０２）、ＦＬＡ力（１３０４）、足圧力（１３０５）、及び筋活動（１３０７）を含む。複数の算出値は、この測定値から計算され、限定ではないが、関節位置（１３０２、直接測定又は計算の何れかとすることができる）、関節速度（１３０３）、及び関節トルク（１３０６）を含む。プログラミングステップにおいて、関節スティフネス（１３０９）と所望のストレッチ位置及びトルク（１３１０）とが測定され、ストレッチレジメンパラメータが入力されて、ＰＰＳＥ及びデータベースにも局所的に記録される。測定値、算出値及び入力値は、ストレッチレジメンの区域位置、力、及び持続時間（例えば、図３で見られるような）を制御するのに用いることができる。反復可能なストレッチを実行するためにＰＰＳＥを制御する能力は、ストレッチを実行する人によるストレッチバイオメカニクスの感じ及びストレッチ持続時間に基づいた、現行の再現性基準に対する改善である。
【００７９】
必要に応じて、算出データの一部又は全ては、ユーザ及びセラピストに報告されて、疾患の進行又は治療効果を追跡することができる。進行を追跡するための一次読み出し情報は、関節スティフネス（１３０９）であり、また、伸長反射又は相反性抑制（１３０７）を含む、他の測定又は算出データの何れかの経時的な変化を含むことができる。ＰＰＳＥは、ストレッチレジメン及びユーザのバイオメカニクスを記述するパラメータを記憶することができる。
【００８０】
集合的センサから検出することができる事象は、デバイスに対するユーザの取り組み（１３０８）、及び筋肉における伸長反射又は相反性抑制（１３０７）を含む。デバイスに対するユーザの取り組み（１３０８）又は伸張反射（１３１２）の検出は、ストレッチの速度又は力を低減すべきであること、及び／又はストレッチの持続時間を増大すべきであることを示すことができ、他方、相反性抑制（１３１３）の検出は、ストレッチレジメン対する有益な神経筋反応を示すことができる。これらの事象は、データベースに格納されている収集した経験に基づいてストレッチレジメンを変更する提案と共に、セラピスト及びユーザに報告することができる。
【００８１】
ＰＰＳＥは、これらの格納されたデータを用いて、プログラミングステップの際にストレッチレジメンを提案し、ユーザ及びセラピストがデータベースにアクセスし、同様のユーザに対する良好な治療レジメンを探すことを可能にすることができる。収集されたデータは、個々の治療の指導、指定された治療の新しい手法の取り込み、医薬品、遺伝子、又は徒手理学療法の影響の評価、開業医師を指導するための関節健康の改善の文書化、及び保険金の払い戻しの通知に用いることができる。
【００８２】
（ＰＰＳＥの制御及び適用方法）
ＰＰＳＥは、ＰＰＳＥ上又はその内部に配置されるか、或いはＰＰＳＥと無線又は有線通信する電子コントローラによって作動させることができる。電子コントローラは、ＰＰＳＥを作動させて、ＰＰＳＥの機能を有効にするように様々な方法で構成することができる。電子コントローラは、ＰＰＳＥの要素において又はＰＰＳＥと直接的又は間接的に通信する他のシステムにおいて格納されるコンピュータ可読プログラムにアクセスして実行することができる。コンピュータ可読プログラムは、ＰＰＳＥを作動させる方法を記述することができ、或いは、ＰＰＳＥ又はＰＰＳＥの着用者についての他の動作を記述することができる。
【００８３】
図１４は、アクチュエータ１４０１、センサ１４０３、及びＰＰＳＥ１４００の要素（例えば、１４０１，１４０３）を作動させてＰＰＳＥ１４００の機能を有効にするよう構成されたコントローラを含む例示的なＰＰＳＥ１４００を例示している。コントローラ１４０５は、ユーザインタフェース１４１０と無線通信するよう構成される。ユーザインタフェース１４１０は、ユーザ（例えば、ＰＰＳＥ１４００の着用者）及び可撓性外装スーツのコントローラ１４０５又は他のシステムに情報を提示するよう構成されている。ユーザインタフェース１４１０は、ＰＰＳＥ１４００の要素からの情報の制御及び／又はアクセスに関与することができる。例えば、ユーザインタフェース１４１０によって実行されているアプリケーションは、センサ１４０３からのデータにアクセスし、アクチュエータ１４０１の作動（例えば、背屈ストレッチを加える）を算出し、算出した動作をＰＰＳＥ１４００に伝達することができる。ユーザインタフェース１４１０は更に、他の機能を有効にするように構成することができ、例えば、ユーザインタフェース１４１０は、携帯電話、ポータブルコンピュータ、娯楽端末として用いるように構成され、或いは、他のアプリケーションに従って作動するように構成することができる。
【００８４】
ユーザインタフェース１４１０は、ＰＰＳＥ１４００に取り外し可能に取り付けられる（例えば、ストラップ、マグネット、Ｖｅｌｃｒｏ、充電及び／又はデータケーブルにより）ように構成することができる。或いは、ユーザインタフェース１４１０は、ＰＰＳＥ１４００の一部として、通常動作中は取り外されないように構成することができる。一部の実施例において、ユーザインタフェースは、ユーザインタフェース１８１０を用いてＰＰＳＥ１４００に関する情報を制御及び／又はアクセスすることに加えて、ＰＰＳＥ１４００の一部として組み込むことができ（例えば、ＰＰＳＥ１４００のスリーブに一体化されたタッチスクリーン）、また、ＰＰＳＥ１４００に関する情報を制御及び／又はアクセスするのに用いることができる。一部の実施例において、コントローラ１８０５又はＰＰＳＥ１４００の他の要素は、標準プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、ＷｉＦｉ、ＬＴＥもしくは他のセルラー規格、ＩＲｄＡ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）による無線又は有線通信を有効にし、このような機能を有効にするために補完通信要素及びコンピュータ可読プログラムで構成されたときに、ユーザインタフェース１４１０として様々なシステム及びデバイスを作動させることができるように構成される。
【００８５】
ＰＰＳＥ１４００は、本明細書の例示的な実施形態又は用途に応じた他の方法で記載されるように構成することができる。ＰＰＳＥ１４００は、様々なアプリケーションを有効にするように作動することができる。ＰＰＳＥ１４００は、着用者の動作を検出して（例えば、センサ１４０３を用いて）、これに応答してトルク及び／又は力を着用者の身体に加えて（例えば、アクチュエータ１４０１を用いて）、着用者が身体及び／又は環境に作用させることができる力を増大させることにより、着用者の強度を増強するよう作動することができる。ＰＰＳＥ１４００は、特定の身体活動を実行するために、着用者をトレーニングするように作動することができる。例えば、ＰＰＳＥ１４００は、着用者のリハビリテーション療法を有効にするよう作動することができる。ＰＰＳＥ１４００は、着用者がリハビリテーション療法のプログラムを成功裏に完了できるようにするために、療法を受ける着用者によってもたらされる動作及び／又は力を増幅するように作動することができる。これに加えて、又は代替として、ＰＰＳＥ１４００は、着用者の障害のある動作を妨げるように作動し、及び／又はアクチュエータ１８０１及び／又は他の要素（例えば、触覚フィードバック要素）を用いて、実行すべき動作又は動き、及び／又は実行すべきでない又は終了すべき動作又は動きを着用者に示すように作動することができる。同様に、身体トレーニング（例えば、ダンス、スケート、他の運動競技活動、職業トレーニング）の他のプログラムは、ＰＰＳＥ１４００の作動により有効にされて、着用者によって生成される動作、トルク又は力を検出し、及び／又は力、トルク、又は他の触覚フィードバックを着用者に加えるようにすることができる。ＰＰＳＥ１４００及び／又はユーザインタフェース１４１０の他の用途が予想される。
【００８６】
加えて、ユーザインタフェース１４１０は、通信ネットワーク１４２０と通信することができる。例えば、ユーザインタフェース１４１０は、ＷｉＦｉ無線機、ＬＴＥトランシーバー又は他のセルラー通信機器、有線モデム、又はユーザインタフェース１４１０及びＰＰＳＥ１４００がインターネットと通信できるようにする他の何れかの要素を含むことができる。ユーザインタフェース１４１０は、通信ネットワーク１４２０を通じてサーバ１４３０と通信することができる。サーバ１４３０との通信により、ユーザインタフェース１４１０及びＰＰＳＥ１４００の機能を有効にすることができる。一部の実施例において、ユーザインタフェース１４１０は、遠隔測定データ（例えば、位置、ＰＰＳＥ１４００の要素１４０１，１４０３の構成、ＰＰＳＥ１４００の着用者に関する生理学的データ）をサーバ１４３０にアップロードすることができる。
【００８７】
一部の実施例において、サーバ１４３０は、ＰＰＳＥ１４００の要素（例えば、１４０１，１４０３）からの情報に対して制御及び／又はアクセスして、ＰＰＳＥ１４００の何れかのアプリケーションを有効にするよう構成することができる。例えば、サーバ１４３０は、着用者が負傷した、意識を失った、又は他の理由で自分で動けなくなった場合に着用者を危険な状況から救い出すためにＰＰＳＥ１４００の要素を作動させ、及び／又はＰＰＳＥ１４００及びユーザインタフェース１４１０自体を危険な状況から救い出すためにＰＰＳＥ１４００及びユーザインタフェース１４１０を作動させることができる。ＰＰＳＥと通信するサーバの他の用途が予想される。
【００８８】
ユーザインタフェース１４１０は、第２の可撓性外装スーツ１４４０と通信状態にあり且つ第２の可撓性ＰＰＳＥ１４４０を作動させるよう構成された第２のユーザインタフェース１４４５と通信するよう構成することができる。このような通信は、直接的なものとすることができる（例えば、トランシーバー又は他の要素を用いて、ユーザインタフェース１４１０と第２のユーザインタフェース１４４５との間で直接の無線又は有線リンクを介して情報を送受する）。これに加えて、又は代替として、ユーザインタフェース１４１０と第２のユーザインタフェース１４４５との間の通信は、１又は複数の通信ネットワーク１４２０及び／又は１又は複数の通信ネットワーク１４２０を通じてユーザインタフェース１４１０及び第２のユーザインタフェース１４４５と通信するよう構成されたサーバ１４３０により容易にすることができる。
【００８９】
ユーザインタフェース１４１０と第２のユーザインタフェース１４４５との間の通信は、ＰＰＳＥ１４００及び第２のＰＰＳＥ１４４０のアプリケーションを有効にすることができる。一部の実施例において、ＰＰＳＥ１４００及び第２の外装スーツ１４４０及び／又はＰＰＳＥ１４００及び第２のＰＰＳＥ１４４０の着用者らの動きは、協調させることができる。例えば、ＰＰＳＥ１４００及び第２のＰＰＳＥ１４４０は、着用者らによる重量物の持ち上げを協調するよう作動することができる。持ち上げのタイミング、並びに着用者及び／又はＰＰＳＥ１４００及び第２のＰＰＳＥ１４４０の各々によって提供される支持の程度は、重量物が運ばれた際の安定性を向上させるよう、又は着用者らの負傷リスクを低減するよう、或いは他の何らかの考慮事項に応じて制御することができる。ＰＰＳＥ１４００及び第２のＰＰＳＥ１４４０及び／又はこれらの着用者らの動きの協調は、着用者及び／又は着用者の環境の要素に対して協調（タイミング、大きさ、又は他の特性）された力及び／又はトルクを加えること、及び／又は触覚フィードバック（外装スーツ１４００，１４４０のアクチュアリーを通じて、専用の触覚フィードバック要素を通じて、又は他の方法によって）を着用者らに提供し、協調した動きに着用者らを誘導することを含むことができる。
【００９０】
ＰＰＳＥ１４００及び第２のＰＰＳＥ１４４０の協調動作は、様々な方式で実施することができる。一部の実施例において、一方のＰＰＳＥ（及びその着用者）がマスターとして働くことができ、ＰＰＳＥ１４００及び１４４０の動作が協調されるように、他方のＰＰＳＥにコマンド又は他の情報を提供する。例えば、ＰＰＳＥ１４００，１４４０は、着用者らが協調してダンス（又は他の何らかの運動競技活動に参加）できるように作動することができる。ＰＰＳＥの一方は、「リード」として働き、「リード」の着用者によって実施される動きに関するタイミング又は他の情報を他方のＰＰＳＥに送り、協調したダンス動作を他方の装着者が実行できるようになる。一部の実施例において、第１の外装スーツの第１の着用者は、トレーナーとして働き、第２の外装スーツの第２の着用者が実行することを習得できる動作又は身体活動をモデル化することができる。第１の外装スーツは、第１の着用者によって実行される動作、トルク、力、又は他の身体活動を検出することができ、検出した活動に関連する情報を第２の外装スーツに送ることができる。次いで、第２の外装スーツは、第２の着用者の身体に力、トルク、触覚フィードバック、又は他の情報を提供し、第１の着用者によってモデル化された動作又は他の身体活動を第２の着用者が学習できるようにすることができる。一部の実施例において、サーバ１４３０は、コマンド又は他の情報をＰＰＳＥ１４００及び１４４０に送り、ＰＰＳＥ１４００及び１４４０の協調動作を可能にすることができる。
【００９１】
ＰＰＳＥ１４００は、着用者の動きに関する情報、着用者の環境、及びＰＰＳＥ１４００の着用者に関する他の情報を伝達及び／又は記録するように作動することができる。一部の実施例において、着用者の動作及び動きに関連する運動学をサーバ１４３０に記録及び／又は送信することができる。これらのデータは、医療、科学、エンターテイメント、ソーシャルメディア、又は他の用途のために収集することができる。データは、システムを作動させるのに用いることができる。例えば、ＰＰＳＥ１４００は、ユーザによって生成された動作、力、及び／又はトルクをロボットシステム（例えば、ロボットアーム、脚、胴体、人間の形をした身体、又は他の何れかのロボットシステム）に伝達するよう構成することができ、該ロボットシステムは、着用者の活動を模擬し、及び／又は着用者の活動をロボットシステムの要素の動作、力又はトルクにマッピングするよう構成することができる。別の実施例において、データは、着用者の仮想アバターを作動させるのに用いることができ、アバターの動作は、着用者の動作に正確に反映され、又は何らかの形で関連づけられるようになる。仮想アバターは、仮想環境にてインスタンスが作成され、着用者が通信している個人又はシステムに提示され、又は他の何れかのアプリケーションに従って構成及び作動することができる。
【００９２】
逆に、ＰＰＳＥ１４００は、触覚又は他のデータを着用者に提示するように作動することができる。一部の実施例において、アクチュエータ１４０１（例えば、ツイストストリングアクチュエータ、外装腱）及び／又は触覚フィードバック要素（例えば、ＥＰＡＭ触覚要素）は、着用者に機械的情報又は他の情報を示すために、着用者の身体に加えられる力を提供及び／又は調整するように作動することができる。例えば、ＰＰＳＥ１４００の特定の位置に配置されたＰＰＳＥ１４００の触覚要素の特定のパターンのアクティベーションは、着用者が、電話、電子メール又は他の通信を受け取ったことを示すことができる。別の実施例において、ロボットシステムは、着用者によって生成されてＰＰＳＥ１４００によりロボットシステムに送られる動作、力及び／又はトルクを用いて作動することができる。ロボットシステムの環境及び動作の力、モーメント、及び他の状態は、ＰＰＳＥ１４００に伝達されて、着用者に提示（アクチュエータ１４０１又は他の触覚フィードバック要素を用いて）され、ロボットシステムの着用者の動作に関連する力フィードバック又は他の触覚の感覚を経験できるようにすることができる。別の実施例において、着用者に提示される触覚データは、仮想環境、例えば、ＰＰＳＥ１４００によって検出されている着用者に関連する動作又は他のデータに基づいて動作している着用者のアバターを含む環境によって生成することができる。
【００９３】
図１４に例示されるＰＰＳＥ１４００は、本明細書で記載される制御電子機器、ソフトウェア、又はアルゴリズムによって作動することができるＰＰＳＥの１つの実施例に過ぎない点に留意されたい。本明細書で記載される制御電子機器、ソフトウェア、又はアルゴリズムは、より多くの、より少ない、又は異なるアクチュエータ、センサ又は他の要素を有する可撓性外装スーツ又は他のメカトロニクス及び／又はロボットシステムを制御するよう構成することができる。更に、本明細書で記載される制御電子機器、ソフトウェア、又はアルゴリズムは、例示のＰＰＳＥ１４００と同様に又は異なるように構成されたＰＰＳＥを制御するよう構成することができる。更に、本明細書で記載される制御電子機器、ソフトウェア、又はアルゴリズムは、再構成可能ハードウェア（すなわち、アクチュエータ、センサ又は他の要素を付加又は取り外すことができる外装スーツ）を有する可撓性外装スーツを制御するよう構成され、及び／又は様々な方法を用いて可撓性外装スーツの現在のハードウェア構成を検出するよう構成することができる。
【００９４】
（ＰＰＳＥの制御のためのソフトウェア階層）
ＰＰＳＥのコントローラ及び／又はコントローラによって実行されるコンピュータ可読媒体は、可撓性外装スーツの機能及び／又は構成要素のカプセル化を提供するよう構成することができる。すなわち、コントローラの一部の要素（例えば、サブルーチン、ドライバ、サービス、デーモン、ファンクション）は、ＰＰＳＥの特定の要素（例えば、ツイストストリングアクチュエータ、触覚フィードバック要素）を作動させるよう構成され、コントローラの他の要素（例えば、他のプログラム）が特定の要素を作動させ及び／又は特定の要素に抽象的アクセスを提供（例えば、コマンド方向にアクチュエータを配向するコマンドを、コマンド方向にアクチュエータを配向するのに十分なコマンドのセットに変換）できるように構成することができる。このカプセル化により、様々なサービス、ドライバ、デーモン、又は他のコンピュータ可読プログラムを可撓性外装スーツの様々な用途のために開発できるようにすることができる。更に、可撓性外装スーツの機能を一般的でアクセス可能な方法でのカプセル化を提供することにより（例えば、アプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）又は他のインタフェース規格を特定し実装することにより）、コンピュータ可読プログラムが作成され、一般的なカプセル化された機能と相互作用して、これによりコンピュータ可読プログラムは、可撓性外装スーツの単一タイプ又はモデルとしてではなく、様々に異なるように構成されたＰＰＳＥとしての作動モード又は機能を可能にすることができる。例えば、仮想アバター通信プログラムは、標準外装スーツＡＰＩにアクセスすることにより、可撓性外装スーツの着用者の姿勢についての情報にアクセスすることができる。異なるように構成された外装スーツは、異なるセンサ、アクチュエータ及び他の要素を含むことができるが、ＡＰＩによる同一フォーマットでの姿勢情報を提供することができる。可撓性外装スーツ又は他のロボット型、外骨格型、補助型、触覚型又は他のメカトロニクスシステムの他の機能及び特徴は、ＡＰＩによって、又は他の標準コンピュータアクセス及び制御インタフェース方式に従ってカプセル化することができる。
【００９５】
図１５は、ＰＰＳＥ１５００の要素及びＰＰＳＥ１５００の制御又は動作の階層を示す概略図である。可撓性ＰＰＳＥは、それぞれ、ＰＰＳＥ１５００、ＰＰＳＥ１５００の着用者、及び／又は着用者の環境に力及び／又はトルクを加え、及びこれらの１又は２以上の特性を検出するように構成されたアクチュエータ１５２０及びセンサ１５３０を含む。ＰＰＳＥ１５００は更に、ハードウェアインタフェース電子機器１５４０を使用してアクチュエータ１５２０及びセンサ１５３０を作動させるように構成されるコントローラ１５１０を含む。ハードウェア電子機器インタフェース１５４０は、アクチュエータ１５２０及びセンサ１５３０を作動させるのに使用される信号を用いて、コントローラ１５１０との間の信号をインタフェースするように構成される電子機器を含む。例えば、アクチュエータ１５２０は外装腱を含むことができ、ハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、外装腱をクラッチで接続及びクラッチで切断するために、及び外装腱の長さを報告するために、高電圧発電機、高電圧スイッチ及び高電圧容量計を含むことができる。ハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、電圧レギュレータ、高電圧発電機、増幅器、電流検出器、エンコーダ、磁気計、スイッチ、制御電流源、ＤＡＣ、ＡＤＣ、フィードバックコントローラ、ブラシレスモータコントローラ、又は他の電子的及びメカトロニクス要素を含むことができる。
【００９６】
コントローラ１５１０は更に、ＰＰＳＥ１５００のユーザ及び／又は着用者に情報を提示するように構成されるユーザインタフェース１５５０と、コントローラ１５１０と他の何れかのシステムとの間の情報伝達（例えば、無線信号を伝達することにより）を促進するよう構成された通信インタフェース１５６０と、を作動させる。これに加えて、又は代替として、ユーザインタフェース１５５０は、通信インタフェース１５６０を使用してコントローラ１５１０との間でユーザインタフェース情報を送受信するよう構成された別個のシステムの一部とすることができる（例えば、ユーザインタフェース１５５０はセルラホンの一部とすることができる）。
【００９７】
コントローラ１５１０は、可撓性外装スーツ１５１２の機能を記述するコンピュータ可読プログラムを実行するよう構成される。コントローラ１５１０により実行されるコンピュータ可読プログラムの中には、オペレーティングシステム１５１２、アプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃ及び較正サービス１５１６がある。オペレーティングシステム１５１２は、コントローラ１５１０のハードウェア資源（例えば、Ｉ／Ｏポート、レジスタ、タイマー、インタラプト、周辺機器、メモリ管理ユニット、直列及び／又は並列通信ユニット）を管理し、ひいては、ＰＰＳＥ１５００のハードウェア資源を管理する。オペレーティングシステム１５１２は、ハードウェアインタフェース電子機器１５４０、及びひいては、ＰＰＳＥ１５００のアクチュエータ１５２０及びセンサ１５３０に直接アクセスできるコントローラ１５１０によって実行される唯一のコンピュータ可読プログラムである。
【００９８】
アプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃは、ＰＰＳＥ１５００の一部の機能、複数の機能、動作モード、又は複数の作動モードを記述するコンピュータ可読プログラムである。例えば、アプリケーション１５１４ａは、着用者の仮想アバターを更新するために着用者の姿勢についての情報を伝達するプロセスを記述することができ、該プロセスは、オペレーティング１５１２からの着用者の姿勢に関する情報にアクセスすること、通信インタフェース１５６０を使用して遠隔システムと通信を維持すること、姿勢情報をフォーマットすること、及び姿勢情報を遠隔システムに送ることを含む。較正サービス１５１６は、ＰＰＳＥ１５００の着用者、アクチュエータ１５２０及び／又はセンサ１５３０の特性を記述するパラメータを記憶するため、着用者がＰＰＳＥ１５００を使用しているときに、アクチュエータ１５２０及び／又はセンサ１５３０の動作に基づいてこれらのパラメータを更新するため、パラメータをオペレーティングシステム１５１２及び／又はアプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃが利用可能にするため、及びパラメータに関係する他の機能のためのプロセスを記述するコンピュータ可読プログラムである。アプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃ及び較正サービス１５１６は、ＰＰＳＥ１５００の機能又は作動モードを可能にするためコントローラ１５１０のオペレーティングシステム１５１２により実行できるコンピュータ可読プログラムの実施例として意図されている点に留意されたい。
【００９９】
オペレーティングシステム１５１２は、ハードウェア（例えば、１５２０、１５３０、１５４０）の低レベル制御及びメンテナンスを提供することができる。一部の実施例において、オペレーティングシステム１５１２及び／又はハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、ＰＰＳＥ１５００、着用者及び／又は１又は２以上のセンサからの着用者環境についての情報を一定の指定速度で検出することができる。オペレーティングシステム１５１２は、検出された情報を使用して、ＰＰＳＥ１５００又はその構成要素の１又は２以上の状態又は特性の推定を生成することができる。オペレーティングシステム１５１２は、一定の指定速度と同じ速度か又はより低速で生成された推定を更新することができる。生成された推定は、ノイズを除去するため、又は間接的に検出された特性の推定を生成するため、もしくは他の何らかの用途に応じたフィルタを使用して検出された情報から生成することができる。例えば、オペレーティングシステム１５１２は、ノイズを除去するため、及び２以上のセンサを使用してＰＰＳＥ１５００、着用者及び／又は着用者の環境の単一の直接的又は間接的に測定された特性の推定を生成するために、カルマンフィルタを使用して検出された情報から推定を生成することができる。一部の実施例において、オペレーティングシステムは、複数の時点から検出された情報に基づいて、着用者及び／又はＰＰＳＥ１５００についての情報を決定することができる。例えば、オペレーティングシステム１５００は、外反ストレッチ及び背屈ストレッチを決定することができる。
【０１００】
一部の実施例において、オペレーティングシステム１５１２及び／又はハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、アクチュエータ１５２０の動作に関連するサービスを動作及び／又は提供することができる。すなわち、アクチュエータ１５２０の作動が、ある時間期間にわたる制御信号の生成、アクチュエータ１５２０の１又は複数の状態についての知識、又は他の考慮事項を必要とする場合には、オペレーティングシステム１５１２及び／又はハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、アクチュエータ１５２０を作動させる単純なコマンド（例えば、アクチュエータ１５２０のツイストストリングアクチュエータ（ＴＳＡ）を使用して特定レベルの力を生成するコマンド）を、単純なコマンドを実行するために必要なハードウェアインタフェース電子機器１５４０及び／又はアクチュエータ１５２０に対して複雑な及び／又は状態ベースのコマンド（例えば、オペレーティングシステム１５００により決定されて格納されたロータの開始位置、エンコーダを使用して検出されたモータの相対位置、及びロードセルを使用して検出されたＴＳＡにより生成される力に基づいて、ＴＳＡのモータ巻線に加えられる電流シーケンス）に変換することができる。
【０１０１】
一部の実施例において、オペレーティングシステム１５１２は更に、ＰＰＳＥ１５００の構成に従って、システムレベルの単純なコマンド（例えば、着用者のフットプレートに加えられた張力のコマンドレベル）を複数のアクチュエータのコマンドに変換することにより、ＰＰＳＥ１５００の動作をカプセル化することができる。このカプセル化により、ＰＰＳＥの特定のモデル又はタイプを作動させるよう構成されることなく（例えば、オペレーティングシステム１５１２及びハードウェアインタフェース電子機器１５４０が、フットプレートに対して命令された力生成プロファイルをアクチュエータ１５２０に適用させるのに十分なアクチュエータコマンドに変換することができる単純なトルク生成プロファイルを生成するように構成されることにより）、ＰＰＳＥの機能を実行させることができる（例えば、ＰＰＳＥの着用者が脚を伸張することができる）汎用アプリケーションの生成を可能にすることができる。
【０１０２】
オペレーティングシステム１５１２は、様々なメカトロニクス、生体医学、ヒューマンインタフェース、トレーニング、リハビリテーション、通信、及び他の用途を可能にするために、様々な異なるハードウェア構成を有する様々なＰＰＳＥの使用を可能にする標準の多目的プラットフォームとしての機能を果たすことができる。オペレーティングシステム１５１２は、センサ１５３０、アクチュエータ１５２０、又はＰＰＳＥ１５００の他の要素もしくは機能を、ＰＰＳＥ１５００と通信する遠隔システム（例えば、通信インタフェース１５６０を使用して）及び／又は様々なアプリケーション、デーモン、サービス、又はオペレーティングシステム１５１２によって実行される他のコンピュータ可読プログラムが利用できるようにすることができる。オペレーティングシステム１５１２は、アクチュエータ、センサ、又は他の要素もしくは機能を（例えば、ＡＰＩ、通信プロトコル、又は他のプログラムインタフェースを介して）標準方式で利用できるようにし、これによりアプリケーション、デーモン、サービス、又は他のコンピュータ可読プログラムは、様々な異なる構成を有する様々な可撓性外装スーツの機能又は動作モードを可能にするようにインストールされ、実行され、及び動作されるように作成することができる。オペレーティングシステム１５１２により利用可能となったＡＰＩ、通信プロトコル又は他のプログラムインタフェースは、ＰＰＳＥ１５００の動作をカプセル化、変換、又は抽象化し、広範囲の異なるように構成された可撓性外装スーツの機能を可能にするように作動することができるこのようなコンピュータ可読プログラムの作成を可能にすることができる。
【０１０３】
これに加えて、又は代替として、オペレーティングシステム１５１２は、モジュール式の可動性外装スーツシステム（すなわち、可撓性外装スーツの作動モード又は機能を可能にするために、アクチュエータ、センサ又は他の要素を可撓性外装スーツに付加し、又は可撓性外装スーツから取り除くことができる、可撓性外装スーツシステム）を作動させるように構成することができる。一部の実施例において、オペレーティングシステム１５１２は、ＰＰＳＥ１５００のハードウェア構成を動的に決定することができ、また、ＰＰＳＥ１５００の決定された現在のハードウェア構成に対して、ＰＰＳＥ１５００の動作を調整することができる。この動作は、オペレーティングシステム１５１２により提示される標準プログラムインタフェースを介してＰＰＳＥ１５００の機能にアクセスするコンピュータ可読プログラム（例えば、１５１４ａ、１５１４ｂ、１５１４ｃ）には「不可視の」方法で実施することができる。例えば、コンピュータ可読プログラムは、標準プログラムインタフェースを介して、特定レベルのトルクがＰＰＳＥ１５００の着用者の足首に加えられるべきであったことをオペレーションシステム１５１２に示すことができる。オペレーティングシステム１５１２は、ＰＰＳＥ１５００の決定されたハードウェア構成に基づいて、特定レベルのトルクを着用者の足首に加えるのに十分なアクチュエータ１５２０の作動パターンを応答可能に決定することができる。
【０１０４】
一部の実施例において、オペレーティングシステム１５１２及び／又はハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、ＰＰＳＥ１５００が、着用者の負傷及び／又はＰＰＳＥ１５００の要素の損傷を直接引き起こすように動作しないことを確保するように、アクチュエータ１５２０を作動させることができる。一部の実施例において、これは、アクチュエータ１５２０が、ある最大閾値を超えるような力及び／又はトルクを着用者の身体に加えるように動作をしないことを含む。このことは、（例えば、コントローラ１５１０により実行されたときに）アクチュエータ１５２０により加えられている力を（例えば、アクチュエータ１５２０に送られるコマンドの監視、及び／又はセンサ１５３０を使用して検出される力又は他の特性の測定値の監視によって）監視するように構成され、及び着用者の負傷を防止するためにアクチュエータ１５２０の動作を無効及び／又は変更するように構成することができるウオッチドッグプロセス又は他のコンピュータ可読プログラムとして実施することができる。これに加えて、又は代替として、ハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、過剰な力及び／又はトルクが着用者に加えられるのを防止する回路を含むことができる（例えば、ＴＳＡにより生成された力を測定するように構成されたロードセルの出力をコンパレータにチャネリングし、及び力がある特定レベルを上回ったときに、ＴＳＡのモータへの供給動力を切断するようにコンパレータを構成することによって）。
【０１０５】
一部の実施例において、ＰＰＳＥ１５００がそれ自体を損傷しないことを確保するようにアクチュエータ１５２０を作動させることは、ＰＰＳＥ１５００の要素に対して損傷を生じる可能性がある過電流、過負荷、過回転又は他の状態が発生するのを防止するようにウオッチドッグプロセス又は回路を構成することを含むことができる。例えば、ハードウェアインタフェース電子機器１５４０は、モータの巻線に加えられる電圧及び／又は電流を制限するように構成された金属酸化物バリスタ、ブレーカ、シャントダイオード、又は他の要素を含むことができる。
【０１０６】
オペレーティングシステム１５１２により有効となるように記載された上記機能は、これに加えて、又は代替として、コントローラ１５００により実行されるアプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃ、サービス、ドライバ、デーモン、又は他のコンピュータ可読プログラムにより実施できる点に留意されたい。アプリケーション、ドライバ、サービス、デーモン、又は他のコンピュータ可読プログラムは、これらの使用を可能にして上記機能を有効にするための特別なセキュリティ権限又は他の特性を有することができる。
【０１０７】
オペレーティングシステム１５１２は、他のコンピュータ可読プログラム（例えば、アプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃ、較正サービス１５１６）による、ユーザ（ユーザインタフェース１５５０を介して）による、及び／又は他のシステム（すなわち、通信インタフェース１５６０を介してコントローラ１５１０と通信するよう構成されたシステム）による使用のために、ハードウェアインタフェース電子機器１５４０、アクチュエータ１５２０、及びセンサ１５３０をカプセル化することができる。ＰＰＳＥ１５００の機能のカプセル化は、アプリケーションプログラムインタフェース（ＡＰＩ）の形態、すなわち、コントローラ１５１０上で実行しているアプリケーションがＰＰＳＥ１５００の要素の機能にアクセスするのに使用できる関数呼び出し及びプロシージャーのセットの形態をとることができる。一部の実施例において、オペレーティングシステム１５１２は、コントローラ１５１０により実行されるアプリケーションが標準「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」を利用できるようにすることができる。「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」は、ＰＰＳＥの要素（例えば、アクチュエータ１５２０、センサ１５３０）を作動させるのに必要な複雑で時間依存の信号を生成するようにアプリケーション１５１４ａ、１５１４ｂ、１５１４ｃを構成する必要もなく、これらのアプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃがＰＰＳＥ１５００の機能にアクセスすることを可能にすることができる。
【０１０８】
「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」は、アプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃがオペレーティングシステム１５１２に単純なコマンド（例えば、「着用者の足が地面に接触したときに、着用者の足首からの機械エネルギーを蓄え始める」）を送ることを可能にし、これにより、オペレーティングシステム１５１２は、これらのコマンドを解釈して、アプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃにより生成された単純なコマンドを実行するのに十分なハードウェアインタフェース電子機器１５４０又はＰＰＳＥ１５００の他の要素へのコマンド信号を発生させることができるようになる（例えば、センサ１５３０により検出された情報に基づいて着用者の足が地面に接触したかどうかを決定し、これに応答してユーザの足首に跨る外装腱に高電圧を印加する）。
【０１０９】
「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」は、業界標準（例えば、ＩＳＯ標準）、専用標準、オープンソース標準、又はＰＰＳＥの用途を作り出すことができる個人が利用可能なものとすることができる。「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」は、様々な異なるタイプ及び構成により実施される標準の「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」と連動するように構成することによって、様々な異なるタイプ及び構成のＰＰＳＥを作動させることができるアプリケーション、ドライバ、サービス、デーモン、又は他のコンピュータ可読プログラムを作成可能にすることができる。これに加えて、又は代替として、「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」は、個々のＰＰＳＥに特有のアクチュエータ（すなわち、特定の身体区域に力を加えるアクチュエータであって、この場合、異なるように構成されたＰＰＳＥは、同一の特定の身体区域に力を加えるアクチュエータを含まない場合がある）の標準カプセル化を提供することができ、また、ＰＰＳＥが提供する「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」の構成に関する情報にアクセスするための標準インタフェースを提供することができる。「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」にアクセスするアプリケーション又は他のプログラムは、ＰＰＳＥの構成についてのデータ（例えば、アクチュエータにより生成される身体区域間の位置及び力、アクチュエータの仕様、センサの位置及び仕様）にアクセスすることができ、アプリケーションにより生成されたＰＰＳＥのモデルに基づいて、及びＰＰＳＥの構成についてアクセスされたデータに関する情報に基づいて、個々のアクチュエータ（例えば、５０ミリ秒の間に３０ニュートンの力を生成する）のための単純なコマンドを生成することができる。追加の又は代替の機能は、用途に応じて「ＰＰＳＥ  ＡＰＩ」によりカプセル化することができる。
【０１１０】
アプリケーション１５１４ａ，１５１４ｂ，１５１４ｃは、個々に本明細書に記載された可撓性外装スーツの機能及び作動モードの全て又は一部を個々に有効にすることができる。例えば、アプリケーションは、姿勢、力、トルク及びＰＰＳＥ１５００の着用者の活動についての他の情報を伝達することにより、及びロボットシステムから受け取った力及びトルクを着用者に加えられる触覚フィードバック（すなわち、アクチュエータ１５２０及び／又は触覚フィードバック要素により着用者の身体に加えられる力及びトルク）に変換することによって、ロボットシステムの触覚制御を可能にすることができる。別の実施例では、アプリケーションは、（例えば、ＡＰＩを介して）オペレーティングシステム１５１２にコマンドを送出及びオペレーティングシステム１５１２からデータを受信することによって、着用者がより効率的に運動することを可能にし、これによりＰＰＳＥ１５００のアクチュエータ１５２０は、ユーザの動きを補助し、着用者の運動のフェーズからマイナスの仕事を抽出し、着用者の運動の他のフェーズ又はＰＰＳＥ１５００の他の作動方法に対して蓄えられた仕事を注入するようにする。アプリケーションは、様々な方法により、コントローラ１５１０上及び／又はＰＰＳＥ１５００に含まれるコンピュータ可読記憶媒体上にインストールすることができる。アプリケーションは、取り外し可能なコンピュータ可読な媒体から、又は通信インタフェース１５６０を介してコントローラ１５１０と通信するシステムからインストールすることができる。一部の実施例において、アプリケーションは、ウェブサイトから、インターネット上のコンパイルされた又はコンパイルされていないプログラムのリポジトリから、オンラインソース（例えば、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｐｌａｙ、ｉＴｕｎｅｓ  Ａｐｐ  Ｓｔｏｒｅ）から、又は他の何らかのソースからインストールすることができる。更に、アプリケーションの機能は、コントローラ１５１０が遠隔システムと連続的に又は周期的に通信（例えば、更新を受信する、アプリケーションを認証する、現在の環境条件についての情報を提供するため）することを条件とすることができる。
【０１１１】
図１５に示されるＰＰＳＥ１５００は、例示的な実施例であることを意図している。可撓性外装スーツの他の構成、並びにオペレーティングシステム、カーネル、アプリケーション、ドライバ、サービス、デーモン又は他のコンピュータ可読プログラムの他の構成が予想される。例えば、ＰＰＳＥを作動させるように構成されたオペレーティングシステムは、ＰＰＳＥの要素を作動させるために低レベルコマンドを生成するように構成されたリアルタイムオペレーティングシステム構成要素と、ＰＰＳＥに格納されたコンピュータ可読プログラムを更新する、ユーザインタフェース上のクロックのような時間依存の少ない機能又は他の機能を可能にする非リアルタイム構成要素と、を含むことができる。ＰＰＳＥは、２以上のコントローラを含むことができ、これらのコントローラの一部は、リアルタイムアプリケーション、オペレーティングシステム、ドライバ、又は他のコンピュータ可読プログラム（例えば、これらのコントローラは、非常に短いインタラプトサービスルーチン、非常に速いスレッドスイッチング、又はレイテンシーの影響を受ける計算に関係する他の特性及び機能を有するように構成される）を実行するように構成することができ、他のコントローラは、可撓性外装スーツの時間依存性の少ない機能を可能にするように構成される。ＰＰＳＥの更なる構成及び動作モードが予想される。更に、本明細書に記載されるように構成された制御システムは、これに加えて、又は代替として、ＰＰＳＥ以外のデバイス及びシステムの動作を可能にするように構成することができ、例えば本明細書に記載される制御システムは、ロボット、剛性外装スーツ又は外骨格、補助デバイス、人工装具又は他のメカトロニクスデバイスを作動させるように構成することができる。
【０１１２】
（ＰＰＳＥの機械的動作のコントローラ）
ＰＰＳＥのアクチュエータの制御は、様々な制御方式に従って様々な方法で実施することができる。一般に、１又は２以上のハードウェア及び／又はソフトウェアコントローラは、可撓性外装スーツの状態、ＰＰＳＥの着用者、及び／又はＰＰＳＥの環境についての情報をＰＰＳＥ上又はその内部に配置されたセンサ及び／又はＰＰＳＥと通信する遠隔システムから受け取ることができる。次に、１又は２以上のハードウェア及び／又はソフトウェアコントローラは、ＰＰＳＥの命令された状態を実行するため及び／又は他の何らかの用途を可能にするために、ＰＰＳＥのアクチュエータにより実行することができる制御出力を生成することができる。１又は２以上のコントローラは、オペレーティングシステム、カーネル、ドライバ、アプリケーション、サービス、デーモン、又はＰＰＳＥに含まれるプロセッサによって実行される他のコンピュータ可読プログラムの一部として実施することができる。
【０１１３】
（代替的用途及び実施形態）
上述のＰＰＳＥの実施形態は、全体的に、典型的にはＤＭＤの患者に指示されるストレッチを実施することにより足首の柔軟性を改善するための足首ストレッチＰＰＳＥに関する。しかしながら、ＰＰＳＥの用途は、ＤＭＤの患者のための足首ストレッチに限定されないことは、容易に理解することができる。１つの代替の実施形態において、ＰＰＳＥは、損傷リハビリテーションの際に、持続的他動運動（ＣＰＭ）機械の代わりに用いることができる。上述のシステムは、例えば、手術又は関節炎の場合に足首のＲＯＭを回復するために用いることができる。足首ＲＯＭ  ＰＰＳＥは更に、足首の足底屈を誘起するため、腓筋を近似するＦＬＡを含むことができる。ＣＰＭ装置は単に、プリセットのＲＯＭを繰り返すだけであるが、ＰＰＳＥは、関節ＲＯＭの変化に適応的に対処することができる。足首のＲＯＭは、例えば、１又は２以上のゴニオメータ又は力センサを介してセンサ及び制御層によって感知することができ、これによりＰＰＳＥは、ある時間にわたってＲＯＭを漸次的に増大させるレジメンを適用するようになる。
【０１１４】
ＰＰＳＥは、他の関節及び筋肉群に対しても最適化することができる。例えば、ＰＰＳＥは、拘縮が生じた場合の関節又は筋肉の回転可動域を増大させるために、前腕及び手首を回内又は回外させるように適応することができる。膝を屈伸するのに適合されたＰＰＳＥは、前十字靱帯（ＡＣＬ）再建又は関節全置換術などの術後の膝の可動域を増大させるために、ＣＰＭ装置の代替として使用することができる。
【０１１５】
ストレッチレジメンを実施することに加えて、ＰＰＳＥの実施形態は、補助機能を実施するのにも適合することができる。例えば、上述の足首ストレッチＰＰＳＥは、下垂足の患者を補助するのに用いることができる。足首ストレッチＰＰＳＥのようなシステムのセンサ及び制御層は、例えば、１又は２以上の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を介して着用者の歩行サイクルの位相を検出することができる。当該情報を用いると、ＰＰＳＥは、遊脚フェーズの間に足首の背屈を開始して、下垂足の着用者の歩行を補助することができる。
【０１１６】
一部の実施形態において、主として補助機能向けの動力付き補助外装スーツはまた、ＰＰＳＥの機能を実施するよう適合することができる。１つの実施形態において、補助機能に使用される、出願の名称が「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｓｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｘｏｓｕｉｔ  ｓｙｓｔｅｍ（補助外装スーツシステムのためのシステム及び方法）」の米国特許出願で記載された実施形態と同様の補助外装スーツは、ＰＰＳＥ機能を実施するよう適合することができる。このような補助外装スーツの実施形態は通常、股関節屈筋、臀部／股関節伸筋、脊椎伸筋、又は腹筋などの筋肉群を近似するＦＬＡを含む。これら外装スーツの補助モードにおいて、これらのＦＬＡは、立位と着座位の間の移動、ウォーキング及び姿勢安定などの活動の補助を提供する。このような外装スーツシステム内の特定のＦＬＡの作動はまた、伸張補助を提供することができる。通常、筋肉群を近似する１又は２以上のＦＬＡのアクティベーションは、拮抗筋を伸張することができる。例えば、腹筋を近似する１又は２以上のＦＬＡのアクティベーションは、脊椎伸筋を伸張することができ、又は臀部／股関節伸筋を近似する１又は２以上のＦＬＡのアクティベーションは、股関節屈筋を伸張することができる。外装スーツは、着用者が伸張を開始する準備ができた時点を検出して、自動ストレッチレジメンを実施するよう適合することができ、或いは、着用者は、外装スーツにストレッチレジメンを開始するように指示することができる。
【０１１７】
開示された主題は、本出願において詳細な説明に記載され又は図面に例示された構成要素の構成の詳細事項及び配置に限定されない点を理解されたい。開示された主題は、他の実施形態が可能であり、及び種々の方法で実行及び実施することができる。また、本明細書で用いた表現及び用語は、説明を目的としたものであり、限定としてみなされるべきではない点を理解されたい。
【０１１８】
従って、開示事項のベースとなる概念は、本発明の開示された主題の幾つかの目的を実行する他の構造、方法、及び／又はシステムを設計するための根拠として容易に利用することができることは、当業者であれば理解されるであろう。
【０１１９】
本発明の開示された主題は、上述の例示的な実施形態において記載及び例示されてきたが、本発明の開示は、例証に過ぎず、開示された主題の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、開示された主題の実施の詳細事項の多くの変更が可能であることは理解される。
【符号の説明】
【０１２０】
１０１  内転
１０２  足
１０３  足首
１０４  外転
Ｔｉｂｉａ：  脛骨
Ｔａｌｕｓ：  距骨
Ｃａｌｃａｎｅｕｓ：  踵骨
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
2019534762.tif 000054
【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
2019534762.tif 000058