CN119997877A - 用于改善步态功能和/或平衡控制的感觉调节系统 - Google Patents

Abstract

用于改善患者的感觉运动功能的系统，其中所述各种系统可包含：至少一个力和/或压力传感器，其与所述患者的至少一个下肢或假体相关联；至少一个运动和/或角度传感器，其与所述患者的至少一个下肢或假体相关联；处理器，其配置成接收力和/或压力信号以及运动和/或角度信号，且产生估计的压力中心和重心，且基于所述估计的压力中心和所述重心产生平衡刺激信号，以及至少一个感觉刺激单元，其设置在所述患者的至少一个下肢或假体上，其中所述至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器是可致动的以基于所述平衡刺激信号向所述患者提供刺激。

Description

用于改善步态功能和/或平衡控制的感觉调节系统

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2022年9月9日提交且名称为“用于改善平衡控制的感觉调节系统(Sensory Modulation System for Improving Balance Control)”的美国临时申请63/405,115的权益，所述美国临时申请在此以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本文中的各种实施例大体上涉及用于改善平衡控制和步态功能中的至少一个的系统，且更具体地涉及测量压力和/或力相关信息并产生对所述信息进行编码的感觉刺激或通知的装置。

背景技术

平衡丧失和相关的跌倒对于具有下肢创伤的人和经历下肢(LL)截肢的人来说是重要问题。这通常导致活动量减少、社交活动的参与减少以及对跌倒的恐惧增加。事实上，52.4％的下肢截肢者报告在前一年跌倒，且66％的膝上截肢者报告每年跌倒，这是65岁以上的健全成年人的比率的两倍。跌倒可对随后的发病率、残疾和死亡率风险具有显著影响。截肢者的跌倒还可能对残肢和假体损坏造成严重后果，以及导致对特定假体缺乏信心且经常中断使用特定假体。

具有下肢创伤和/或缺失的作战人员通常是年轻的且能够在他们受伤时具有很强的作战能力。这些个人由于其持续活跃的生活方式，有时包含现役和部署，受伤引起的康复后跌倒的风险可能会增加。即使在参与先进康复且接受最先进的假体和矫形装置之后，具有下肢创伤和/或缺失的作战人员仍然有跌倒的风险。

截肢的年轻人和老年人具有相似的总体跌倒风险。年轻的服务成员由于他们进行的更具挑战性的活动而处于风险中，而老年人(包含在退伍军人卫生管理局(VHA)系统中看到的个人)在其恢复能力方面具有更大的限制。平衡障碍和相关的跌倒是老年人和截肢个人最关心的问题。增加的年龄增加了跌倒的后果，并且还降低了对平衡的丧失有效地作出响应的能力——增加了预防和避免有问题的负荷状况/身体位置的重要性。视觉、肌力和认知的障碍可能随着年龄的增长以及复杂的医学病症而发展，且所有都导致截肢的老年人跌倒风险增加。

常见的康复实践通常在高度受控的环境中开始，且包含在双杠中的基本步态和平衡训练活动，以帮助患者熟悉他们新的感觉和运动能力以及与其肢体/缺失或创伤相关联的情况。这包含“信任”他们的新肢体且重新学习站立和行走。活动逐渐进行并变得更困难，且可包含特定于作战人员的要求的活动。

尽管先前关于有针对性的跌倒缓解训练的研究已经证明成功，但这些干预通常在复杂的、成本过高的系统上进行，例如具有扰动平台和跑步机的虚拟环境，其需要大量空间和操作员训练。这些系统对于用于典型临床治疗环境通常是不可行的。并且，在跑步机上而不是在包含视觉流的感觉输入更自然的环境中进行康复将在生态上不太合理。此外，此类系统缺乏重要的感觉刺激，例如与步态和平衡功能高度相关的关于肢体负荷和位置的高保真度外感受和本体感受信息。

本领域需要一种改进的感觉刺激系统，其用于改善具有下肢创伤或缺失的患者以及患有引起平衡问题的神经退行性疾病的患者的跌倒缓解和/或干预。

发明内容

本文讨论了用于改善患者的感觉运动功能的各种系统、装置和方法。

在实例1中，一种用于改善患者的感觉运动功能的系统包括：至少一个力和/或压力传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中至少一个力和/或压力传感器配置成检测与下肢或假体相关的力和/或压力信息，且基于力和/或压力信息传输力和/或压力信号；至少一个运动和/或角度传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中至少一个运动和/或角度传感器配置成检测与下肢或假体相关的运动和/或角度信息，且基于运动和/或角度信息传输运动和/或角度信号；处理器，其配置成接收力和/或压力信号以及运动和/或角度信号，基于力和/或压力信号以及运动和/或角度信号产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于估计的压力中心和重心产生平衡刺激信号；以及至少一个感觉刺激单元，其设置在患者的至少一个下肢或假体上，其中至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器是可致动的以基于平衡刺激信号向患者提供刺激。

实例2涉及根据实例1所述的系统，其中至少一个力和/或压力传感器中的第一个与第一垫相关联，其中第一垫可设置在患者的第一脚或假脚下方。

实例3涉及根据实例2所述的系统，其中至少一个力和/或压力传感器中的第二个与第二垫相关联，其中第二垫可设置在患者的第二脚或假脚下方。

实例4涉及根据实例1所述的系统，其中至少一个运动和/或角度传感器包括五个运动和/或角度传感器。

实例5涉及根据实例4所述的系统，其中五个运动和/或角度传感器中的每一个为设置在传感器处理模块内的惯性运动单元。

实例6涉及根据实例1所述的系统，其中至少一个感觉刺激单元包括设置在患者的第一下肢或假体上的第一刺激单元和设置在患者的第二下肢或假体上的第二刺激单元。

实例7涉及根据实例1所述的系统，其中至少一个感觉刺激单元包括四个刺激器。

实例8涉及根据实例1所述的系统，其进一步包括可操作地耦合到处理器的用户界面，其中用户界面配置成显示患者特定的虚拟生物力学模型。

实例9涉及根据实例8所述的系统，其中用户界面包括移动装置中的应用程序。

实例10涉及根据实例9所述的系统，其中移动装置包括膝上型计算机或智能手机。

在实例11中，一种用于改善患者的感觉运动功能的系统包括：至少一个力和/或压力传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中至少一个力和/或压力传感器配置成检测与下肢或假体相关的力和/或压力信息，且基于力和/或压力信息传输力和/或压力信号；至少一个运动和/或角度传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中至少一个运动和/或角度传感器配置成检测与下肢或假体相关的运动和/或角度信息，且基于运动和/或角度信息传输运动和/或角度信号；处理器，其配置成接收力和/或压力信号以及运动和/或角度信号，基于力和/或压力信号以及运动和/或角度信号产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于估计的压力中心和重心产生平衡刺激信号；至少一个感觉刺激单元，其设置在患者的至少一个下肢或假体上，其中至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器是可致动的以基于平衡刺激信号向患者提供刺激；以及用户界面，其可操作地耦合到处理器，其中用户界面配置成从处理器接收关于患者特定的虚拟生物力学模型的信息，且基于来自处理器的信息显示患者特定的虚拟生物力学模型。

实例12涉及根据实例11所述的系统，其中至少一个力和/或压力传感器中的第一个与第一垫相关联，其中第一垫可设置在患者的第一脚或假脚下方，且至少一个力和/或压力传感器中的第二个与第二垫相关联，其中第二垫可设置在患者的第二脚或假脚下方。

实例13涉及根据实例11所述的系统，其中至少一个运动和/或角度传感器包括五个运动和/或角度传感器，其中第一运动和/或角度传感器以及第二运动和/或角度传感器设置在患者的第一下肢或假体上，第三运动和/或角度传感器以及第四运动和/或角度传感器设置在患者的第二下肢或假体上，且第五运动和/或角度传感器设置在患者的下背部上。

实例14涉及根据实例13所述的系统，其中五个运动和/或角度传感器中的每一个为设置在传感器处理模块内的惯性运动单元，其中第五运动和/或角度传感器可操作地耦合到本地中央处理器，其中本地中央处理器与处理器通信。

实例15涉及根据实例11所述的系统，其中至少一个感觉刺激单元包括设置在患者的第一下肢或假体上的第一刺激单元和设置在患者的第二下肢或假体上的第二刺激单元，其中第一刺激单元和第二刺激单元中的每一个包括配置成可耦合到下肢或假体的带、包括附接到带的四个刺激器的至少两个刺激器、以及与四个刺激器中的一个相关联的至少一个运动和/或角度传感器中的一个。

实例16涉及根据实例11所述的系统，其中用户界面包括移动装置中的应用程序，其中移动装置包括膝上型计算机或智能手机。

在实例17中，一种用于改善患者的感觉运动功能的系统包括：第一脚垫单元，其包括第一脚垫，所述第一脚垫包括可定位在患者的第一下肢或假体的第一脚或假脚下方的至少一个第一力和/或压力传感器；和第二脚垫单元，其包括第二脚垫，所述第二脚垫包括可定位在患者的第二下肢或假体的第二脚或假脚下方的至少一个第二力和/或压力传感器，其中至少一个第一力和/或压力传感器以及至少一个第二力和/或压力传感器中的每一个配置成分别检测与第一下肢或假体和第二下肢或假体相关的力和/或压力信息，且基于力和/或压力信息传输力和/或压力信号。系统进一步包括：第一传感器处理模块和第二传感器处理模块，其包括与患者的第一下肢或假体相关联的至少一个第一运动和/或角度传感器；第三传感器处理模块和第四传感器处理模块，其包括与患者的第二下肢或假体相关联的至少一个第二运动和/或角度传感器；和第五传感器处理模块，其包括与患者的下背部相关联的至少一个第三运动和/或角度传感器，其中至少一个第一运动和/或角度传感器、至少一个第二运动和/或角度传感器以及至少一个第三运动和/或角度传感器中的每一个配置成检测运动和/或角度信息，且基于运动和/或角度信息传输运动和/或角度信号。系统还包括处理器，其配置成接收力和/或压力信号以及运动和/或角度信号，基于力和/或压力信号以及运动和/或角度信号产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于估计的压力中心和重心产生平衡刺激信号。另外，系统包括至少一个感觉刺激单元，其设置在患者的至少一个下肢或假体上，其中至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器是可致动的以基于平衡刺激信号向患者提供刺激。且系统包括用户界面，其可操作地耦合到处理器，其中用户界面配置成从处理器接收关于患者特定的虚拟生物力学模型的信息，且基于来自处理器的信息显示患者特定的虚拟生物力学模型。

实例18涉及根据实例17所述的系统，其中第五传感器处理模块包括本地中央处理器，其中本地中央处理器与处理器通信。

实例19涉及根据实例17所述的系统，其中至少一个感觉刺激单元包括第一刺激单元和第二刺激单元。第一刺激单元设置在患者的第一下肢或假体上，且包括配置成可耦合到第一下肢或假体的第一带、附接到第一带的四个第一刺激器、以及与四个刺激器中的一个相关联的第一传感器处理模块和第二传感器处理模块中的一个。第二刺激单元设置在患者的第二下肢或假体上，且包括配置成可耦合到第二下肢或假体的第二带、附接到第二带的四个第二刺激器、以及与四个刺激器中的一个相关联的第三传感器处理模块和第四传感器处理模块中的一个。

实例20涉及根据实例17所述的系统，其中用户界面包括移动装置中的应用程序，其中移动装置包括膝上型计算机或智能手机。

尽管公开了多个实施例，但根据展示且描述说明性实施例的以下详细描述，另外其它实施例对于本领域的技术人员来说将变得显而易见。如将意识到，各种实施方案能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开的精神和范围。因此，图式和详细描述应被视为本质上是说明性的而非限制性的。

附图说明

图1为根据一个实施例的用于改善患者的感觉运动功能的系统的示意性描绘。

图2A为根据一个实施例的脚垫单元的透视图。

图2B为根据一个实施例的触觉刺激单元的透视图。

图3A为根据一个实施例的佩戴一组感觉处理模块的站立患者的示意性描绘。

图3B为根据一个实施例的复制图3A中的患者肢体的运动和位置的电子产生的人模型的再现图像。

图4A为根据一个实施例的图3A的患者的示意性描绘，其中患者在行走时将她的右腿向前放置。

图4B为根据一个实施例的复制图4A中的患者肢体的运动和位置的电子产生的人模型的再现图像。

图5A为根据一个实施例的图3A的患者的示意性描绘，其中患者在行走时抬起她的右脚。

图5B为根据一个实施例的复制图5A中的患者肢体的运动和位置的电子产生的人模型的再现图像。

图6A为根据一个实施例的佩戴力/压力传感器和运动/角度传感器的患者的后视图，所述患者在行走时将其右腿向前放置，其中示意性描绘了患者的压力中心和质量中心的计算。

图6B为根据一个实施例的当患者在行走时将其右脚放置在地面上时图6A的患者的后视图，其中示意性描绘了患者的压力中心和质量中心的计算。

图6C为根据一个实施例的当系统基于压力中心和质量中心的计算向患者提供刺激时图6A的患者的后视图。

图7为描绘根据一个实施例的跟踪患者的运动/活动且基于那些运动/活动向患者提供刺激的方法的步骤的流程图。

图8A和图8B为根据一个实施例的移动装置的界面的代表性描绘。

图9为根据一个实施例的用于与本文中所公开或设想的任何系统一起使用或组合的运算装置的示意性描述。

具体实施方式

本文中的各种实施例涉及用于向患者提供相关感觉刺激的系统和装置。更具体地，本文中的各种系统和装置具有力/压力传感器和运动/角度传感器，其向处理器提供信息，处理器又使用所述信息向患者提供与患者的平衡和/或平衡丧失相关的实时感觉刺激。额外系统和装置实施例可包含由系统处理器和/或系统软件创建的患者特定的虚拟模型，以同化各种力/压力/运动/角度和其它平衡参数，以便为患者产生精细和精确的感觉刺激。某些实施方案可用于具有下肢创伤或缺失的患者的跌倒缓解训练，包含作为康复护理的一部分。也就是说，本文中所公开或设想的各种系统和装置实施例中的一些可促进和/或增强具有下肢创伤或缺失的患者的感觉运动功能，而其它实施例可用于促进/增强具有其它病症(包含例如神经病症，例如中风)的患者的感觉运动功能。此外，在某些示例性实施方案中，本文中的各种系统和装置可促进和/或增强处于任何环境中以及具有本文中所公开或设想的任何病症的患者的感觉运动功能。

在图1中示意性地描绘了根据一个实施例的一个示例性系统10。此系统10具有两个脚垫单元12A、12B，其中右脚垫单元12A具有可定位在患者右脚(或假肢)30A下方的脚垫，且左脚垫单元12B具有可定位在患者左脚(或假肢)30B下方的脚垫，其中脚垫单元12A、12B的那些脚垫中的每一个具有至少一个力或压力传感器。此外，系统10还具有五个运动和角度传感器14A、14B、14C、14D、14E，其中右脚传感器14A附接到右脚(或假肢)30A或设置在其附近，左脚传感器14B附接到左脚(或假肢)30B或设置在其附近，右腿传感器14C附接到右大腿(或假肢)32A或设置在其附近，左腿传感器14D附接到左大腿(或假肢)32B或设置在其附近，且下背部传感器14E附接到患者的下腰部区域34或设置在其附近。另外，系统10具有两个触觉感觉刺激单元16A、16B，其中右腿刺激单元16A附接到右大腿32A且左腿刺激单元16B附接到左大腿32B。根据某些实施方案，右腿传感器14C和左腿传感器14D可并入到感觉刺激单元16A、16B中，且右脚传感器14A和左脚传感器14B可并入到右脚垫单元12A和左脚垫单元12B中，如下面将另外详细讨论。申请人应注意，由于具有受损肢体的患者使用本文中的各种装置/系统实施例，本文中术语脚或肢体的使用也可指任何类型的假体或假肢。此外，如本文中所使用，术语“假肢”和“假体”旨在具有相同含义且可互换。

系统10还具有中央处理器18，所述中央处理器无线地耦合到脚垫单元12A至12B的力/压力传感器、运动/角度传感器14A至14E和触觉刺激单元16A、16B，使得来自单元12A至12B的力/压力传感器和运动/角度传感器14A至14E的信息可被传输或以其它方式传送到中央处理器18，且处理器18可处理信息并将感觉刺激指令传输到感觉刺激单元16A、16B，从而向患者提供感觉刺激，如下面另外详细描述。也就是说，中央处理器18使用来自单元12A至12B的传感器和传感器14A至14E的信息来进行关于何时激活刺激单元16A、16B以在使用期间向患者提供感觉刺激的计算，如下面将进一步详细讨论。在一个实施方案中，刺激单元16A、16B以振动的形式提供感觉触觉刺激。替代地，刺激单元16A、16B可提供任何形式的感觉刺激。

在替代实施例中，系统可具有一个感觉刺激单元(包含例如在两个肢体中的一个肢体被截肢或严重受损的情况下)。在另外的替代方案中，可使用三个或更多个刺激单元。根据其它替代实施方案，运动/角度传感器的数量可以是可策略性地定位在患者身上以收集信息的一个、两个、三个、四个、六个、七个、八个、九个、十个或任何其它数量的传感器。根据额外替代方案，传感器14A至14E中的每一个可具有与传感器14A至14E相关联的本地处理器，使得各自可执行由其相应传感器14A至14E收集的信息的本地处理。

在如图1中所展示的一个具体替代实施例中，下背部传感器14E具有耦合到其的本地中央处理器20，所述本地中央处理器与脚垫单元12A、12B中的力/压力传感器和其它运动/角度传感器14A至14D无线通信，使得本地中央处理器20执行上文所描述的中央处理操作且与中央处理器18通信以传输数据和其它信息，如下文将另外详细描述。

此外，系统10还可具有至少一个计算机或移动装置22，其经由例如局域网或因特网24的网络24耦合到处理器18和/或处理器20。此外，一个或多个服务器26亦可耦合到系统10--直接耦合到计算机/移动装置22或通过网络24--使得服务器26可执行本文中所公开或设想的处理中的任一个。如本文其它地方将讨论，临床医生可使用计算机或移动装置22来设置使用系统10(或本文中的任何系统实施例)的参数，如本文中将另外详细描述，和/或接收与由患者使用系统相关的结果。替代地，计算机或移动装置22可由患者在使用系统10期间使用，以将信息输入到系统10中，和/或访问关于患者对系统10的使用的信息或由系统10产生的此使用的分析，如下面将进一步详细描述。举例来说，在如下文将另外详细描述的一个实施例中，可将应用程序加载到患者的手机上，使得手机充当移动装置22，所述移动装置可用于以上文和本文其它地方描述的方式与系统10连接。

在图2A中描绘了脚垫单元12A/12B的一个示例性实施例。如上文所指出，每一脚垫单元12A、12B具有用于放置在患者的脚下方的脚垫40A，所述脚垫具有设置在脚垫40A内/与脚垫40A成一体的至少一个力/压力传感器(未展示)以感测由患者的脚接触脚垫40A的力产生的力和/或压力。更具体地，在一个具体实施例中，每一脚垫单元12A、12B的每一脚垫40A具有四个力/压力传感器(未展示)：前传感器、后传感器、外传感器和内传感器。替代地，每一脚垫40A可根据需要具有两个、三个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个或任何数量的传感器，以跟踪与患者的每只脚相关的压力中心(“COP”)。举例来说，在某些实施例中，脚垫40A和/或整个脚垫单元12A、12B可为市售脚垫或可作为系统的一部分获得的单元。根据另一实施方案，脚垫40A和/或单元12A、12B可为2015年3月10日颁发且名称为“用于改善的平衡控制的传感器假体(Sensor Prosthetic for ImprovedBalance Control)”的美国专利8,974,402中公开的脚垫或脚垫单元实施例中的任一个，所述美国专利在此以全文引用的方式并入本文中。每一单元12A/12B还具有腿带40B和连接器带40C，所述腿带可围绕患者的小腿定位并附接到患者的小腿，所述连接器带将带40B耦合到脚垫40A。在所展示的具体实施方案中，每一脚垫单元12A/12B具有耦合到连接器带40C(或腿带40B)的本地处理器42，使得本地处理器42可从脚垫40A中的压力/力传感器接收信号，处理信号，且将与那些信号和处理相关的信息传输到中央处理器(例如，如上文所讨论的中央处理器18和/或本地中央处理器20)。此外，每一单元12A/12B还可具有运动和角度传感器44中的一个，所述运动和角度传感器也耦合到腿带40B(或连接器带40C)。举例来说，右单元12A中的运动和角度传感器44可为上文所讨论的传感器14A，而左单元12B中的运动和角度传感器44可为上文所讨论的传感器14B。

在某些实施例中，每一脚垫(例如，脚垫单元12A、12B中的脚垫40A)可提供用于计算压力中心(“COP”)的脚压力数据。也就是说，示例性脚垫含有定位在对应于脚的跖面的解剖压力分布的位置处的压力传感器。后传感器覆盖来自脚跟的大部分压力。外传感器覆盖脚的外侧直到第五跖骨头。前传感器位于第一跖骨头与第五跖骨头之间的脚掌处。内传感器位于脚的内侧直到第一跖骨头，使得传感器由第一跖骨头和足弓下方的表面两者加载。无论压力传感器的数量和其定位如何，来自这些传感器的脚压力幅度和分布数据可用于估计患者在例如站立和行走等的活动期间的COP。

在图2B中描绘了触觉刺激单元16A/16B的示例性实施方案。在此实施例中，刺激单元16A/16B具有带50，所述带具有策略性地围绕带50设置的四个振动触觉致动器52A、52B、52C、52D，使得其相对于患者的腿定位在前部、后部、内侧和外侧位置。在某些实施例中，触觉刺激单元16A/16B可为可作为系统的一部分获得的市售刺激单元，或替代地，可为以上以引用的方式并入的美国专利8,974,402中公开的刺激单元中的任一个。此外，如所展示的致动器52A中的一个也可以是也耦合到带50的运动和角度传感器52A。举例来说，右触觉刺激单元16A中的致动器52A也可为上文所讨论的运动和角度传感器14C，而左触觉刺激单元16B中的致动器52A也可为上文所讨论的运动和角度传感器14D。

根据一些实施方案，每一运动/角度传感器是惯性运动单元(“IMU”)。示例性的市售IMU包含ST Micro ISM330和Invensense/TDK ICM-20948。此外，在如上文所指出的某些实施例中，系统10中的运动/角度传感器(例如，传感器14A至14E)中的每一个被并入到包含本地处理器的单元中。此单元在本文中可被称作传感器处理模块(“SPM”)，使得运动和角度传感器14A至14E也是SPM 14A至14E。SPM可捕获IMU数据，且提供本地传感器融合功能性和连接性。一个示例性SPM实施例具有IMU(例如9轴，例如Bosch BNO055)、微处理器(例如，具有浮点硬件或类似物的ARM Cortex-M4)、无线收发器(例如，蓝牙低功耗5.0+)、电池(例如，马达激活所需的锂聚合物或其它高电流输出/低容量电池)、模拟输入端口(具有放大和滤波电路系统以从脚传感器读取电阻)、振动触觉致动器(例如，线性谐振致动器)，以及耦合到触觉刺激单元中的额外振动触觉致动器的驱动电路系统，或这些组件/特征的任何组合。此外，某些SPM实施例将能够对固件进行无线空中(OTA)更新和配置，融合传感器信息并将相关数据传送到其它系统模块，处理模型数据并向其它SPM提供激活信号，向SPM本身以及连接的外围设备提供电力，提供幅度和频率调制信号以驱动触觉刺激单元中的致动器，且读取至少4个输入通道上的模拟信号，或这些能力的任何组合。

在某些实施例中，中央处理器(例如，中央处理器18)可计算患者特定的生物力学模型数据(包含患者的质量中心(“COM”)的估计)，控制系统配置，提供安全存储，且分析数据，或其任何组合。经收集以构建患者特定的模型的数据(如下文进一步详细讨论)可由中央处理器本地记录和分析。此外，在各个方面，中央处理器可另外作为网关执行，以将系统10连接到远程硬件(例如，上文所讨论的服务器26和/或计算机/移动装置22)以用于分析或下载数据以供存储。在一些实施方案中，在例如电话、平板计算机或膝上型计算机的现成移动装置(例如，装置22)上运行的应用程序可提供中央处理器功能。也就是说，中央处理器18可无线地连接到移动装置(例如，装置22)，使得移动装置和中央处理器可通信。在某些实施例中，中央处理器18可在感觉刺激锻炼期间为临床医生/技术员或患者提供网关以及控制界面两者的功能性。在示例性实施方案中，中央处理器18可与SPM 14A至14E通信以检索和转发用于安全存储的数据，显示来自系统的相关使用数据或直播流数据，计算患者特定的模型(实时或离线)，将刺激激活参数发送到系统10，管理、配置和校准SPM 14A至14E，或这些动作的任何组合。在具体实例中，中央处理器18可为膝上型计算机或手机，例如三星盖乐世(Samsung galaxy)S9。

在各种实施例中，中央处理器18与SPM 14A至14E之间、SPM 14A至14E之间和/或服务器、计算机/移动装置22、处理器18和/或处理器20之间的通信可为经由物理连接(电线)或经由无线通信的通信。举例来说，无线通信可为BLE 5.0(蓝牙低功耗)。替代地，可使用其它已知的无线技术，例如ANT、线程、紫蜂(Zigbee)、Wi-Fi或ISM频带中的专有协议。

如上文提到，在某些实施方案中，系统10可使用电子全身人模型，其中示例性版本在图3B、图4B和图5B中描绘(且在下文进一步详细讨论)。在某些实施例中，本文中的系统实施例可利用传感器信息且实时产生模型。模型由来自附接到患者的运动/角度传感器(例如，上文相对于系统10讨论的传感器14A至14E)的信息产生。可由运动/角度传感器跟踪的参数可包含但不限于脚跟着地(“HS”)和脚趾离地(“TO”)精度、步长、步宽、摆动期间的脚趾间隙、大腿位置、前后部(“A/P”)和内外侧(“M/L”)角动量等。在一个实施例中，模型用Java编写，但可用任何软件创建。

在图3A至图5B中展示用于产生电子实时全身人模型的IMU的一个实例。更具体地，如图3A中所展示，IMU 60A、60B、60C、60D、60E定位在患者身上，以便跟踪患者的运动。更具体地，IMU 60A附接到患者的右脚或脚踝，IMU 60B附接到患者的左脚或脚踝，IMU 60C附接到患者的右大腿，IMU 60D附接到患者的左大腿，且IMU 60E以类似于上文关于图1所描述的方式附接到患者的下背部。因此，由IMU 60A至60E(如定位图3A中)产生的所得模型在图3B中展示，图3B描绘了显示人模型的图形用户界面，包含正视图62和侧视图64。根据一个实施例，模型的视图62、64可显示在计算机、平板计算机或移动装置(例如，装置22)上，如本文中其它地方所讨论。在图4A中，患者正在行走，使得右腿在髋关节屈曲运动中向前运动，其中右腿传感器60A、60C跟踪所述运动，使得其由图4B中的模型的运动反映。此外，在图5A中，患者的右腿运动到右膝屈曲运动中，其中右腿传感器60A、60B跟踪所述运动，使得其反映在图5B中的模型的运动中。因此，各种传感器60A至60E使得可跟踪患者的所有站立、行走和/或跑步运动，使得移动可以与上文类似的方式反映在电子模型的运动中。

在各种实施例中，可使用系统(例如，系统10)通过将所关注的某些基本人体测量参数(包含但不限于受试者身高、受试者重量、性别等)与系统配准来将虚拟生物力学模型“拟合”到特定患者。

因此，本文中的各种系统实施例(例如，上述系统10)可用于与经由对具有下肢创伤、下肢缺失或其它功能障碍(例如，中风或其它神经病症或疾病)的患者的感觉刺激来改善感觉运动功能(在一些示例性情况下，包含用于康复)相关的各种用例。

举例来说，在如图6A至图6C中所展示的一个实施例中，行走的患者可用以下方式利用根据本文中的实施例的系统(例如，系统10)。患者可佩戴类似于上述系统10中的传感器12A至12B、14A至14E的一组传感器。如图6A中所展示，在患者使用期间，系统(例如，系统10)可跟踪并计算患者的压力中心70和质量中心72，如所展示。此外，如图6B中所展示，当患者行走时，患者用他的右脚迈出的步伐太窄，使得与右脚相关联的脚垫12A和传感器14A、14B检测到右脚跟着地可能太内侧。因此，系统实时地将信号传输到右触觉刺激单元16A，所述右触觉刺激单元向患者的神经系统指示窄步伐，如图6C中所展示。

此外，本文中的各种系统实施例(例如，系统10)可用于监测和提供与各种活动相关的感觉刺激，包含但不限于以下各者：具有强度的振动梯度的静态站立承重、用于更好对称性的步长、重量转移期间的平衡以及步态期间的末端站立脚趾负荷和/或定时。在另外实施方案中，系统可用于监测和提供针对涉及下肢和姿势控制和/或平衡的各种其它身体活动的刺激。

根据另外实施例，系统可具有可用于治疗各种患者的各种示例性感觉刺激模式。下表1提供了此类治疗模式的示例性、非穷举性列表。

表1

举例来说，根据如图7中所展示的一个示例性实施例，系统(例如，系统10)可用于执行跟踪患者的重量转移且提供关于重量转移的刺激的方法80。具体地，此特定实施方案中的治疗模式可为如上表1的第一行中所阐述的“重量转移——基本”。

在某些实施例中，方法80的第一步骤是将默认参数输入到系统中(框82)。此类参数可包含例如刺激的持续时间、目标重量分布、刺激的类型(连续与重复等)和/或刺激是正的还是负的，以及其它潜在参数。在一个实施例中，由临床医生经由移动装置(例如，如上文所讨论的装置22)上的应用程序输入默认参数(框82)。替代地，默认参数可由系统管理员或其它个人输入。在另外实施方案中，当系统(例如，系统10)首先由卫生保健设施、临床医生或患者设置时，经由任何已知的界面输入默认参数。在又一替代方案中，默认参数被构建到系统中。

一旦输入默认参数，或作为先前已经输入默认参数的那些实施例中的第一步骤，临床医生接着可输入临床医生的优选参数(框84)。此类参数可包含例如上文所讨论的默认参数中的任一个。因而，临床医生(或任何其它用户)可针对特定患者并入她自己的优选参数或使用覆盖现有默认参数的参数。替代地，临床医生或其它用户可选择使用默认参数(且因此不输入任何新的/不同的参数)。

一旦建立了优选参数，下一步骤是通过将传感器/装置附接到患者且跟踪患者的运动/活动来开始操作系统(框86)。在此具体实施例中，患者站立且跟踪患者两条腿之间的任何重量转移，如上文所指出。

一旦系统被激活，就收集来自传感器(包含例如脚垫中的传感器(例如，脚垫单元12A、12B中的脚垫)和/或运动和角度传感器(例如，传感器14A至14E))的数据(框88)。举例来说，在下背部传感器(例如，传感器14E)包含本地处理器(例如，处理器20)的一个实施方案中，脚垫传感器(例如，在脚垫单元12A、12B中)收集力和/或压力数据且将其传输到下背部传感器(例如，传感器14E)。也就是说，右脚垫和左脚垫(例如，单元12A、12B中的脚垫)中的传感器基于患者的姿势跟踪施加到其上的力的量。如果患者将她的重量从一只脚转移到另一只脚，那么重量分布相应地转移，且脚垫单元12A、12B中的传感器跟踪所述转移且将所述数据传输到本地处理器20。此时，本地处理器(例如，处理器20)可处理信息且执行计算，如下文关于此方法80所讨论。替代地，下背部传感器14E和/或本地处理器20可将数据传输到中央处理器18，使得中央处理器18可处理信息且执行计算。

此时，所收集的数据用于基于传感器数据计算重量分布且因此计算患者的重心(框90)。也就是说，来自右脚垫和左脚垫(例如，单元12A、12B的脚垫)中的传感器的数据由本地处理器20(和/或中央处理器18)收集、组合和处理，以在任何给定时间计算患者的重心。

一旦计算出患者的重量分布/重心，就将所述数据与目标重量分布/重心进行比较以识别其间的差(如果存在)且基于其计算刺激单元激活周期(框92)。也就是说，首先计算实际重量分布与目标分布之间的差。因此，数据可用于跟踪重心的任何转移，包含远离目标重量分布或重心位置的任何转移。也就是说，可基于所收集的数据和预设目标重量分布/重心来计算患者的重量分布远离或朝向期望的重量分布/重心的任何运动。一旦计算出差，所述信息就用于确定刺激单元的激活周期。换句话说，差的量确定激活周期。举例来说，差越大，那么实际重心距目标重心越远(患者将她的重量从目标重心转移得越远)。并且刺激单元的激活周期取决于实际重心与目标重心之间的距离。举例来说，在一个实施例中，距离越大，激活周期越大(且因此在刺激单元处提供给患者的刺激的持续时间越长和/或强度越大)。替代地，距离越大，激活周期越短(且因此在刺激单元处提供给患者的较短时间周期内的激活(振动、哔哔声等)的数量越大)。在本文中的实施例中的任一个中，由系统提供的参数(默认参数)或由临床医生或如上文所描述的其它用户提供的参数将用作计算的一部分以确定激活周期。

在一个具体的示例性实施方案中，在参数中设置预定运动阈值，使得当患者将她的重量转移到一条腿或另一条腿足够的量以超过所述阈值时，则计算触发激活。在此实施例中，可设置目标重量分布/重心范围，使得只要患者保持在所述目标范围内(“平衡死区”)，系统就不会引起刺激单元的激活。因此，仅当超过目标范围的阈值被命中和/或超过时，计算才引起刺激单元的激活。

此外，计算还可以用于确定两个刺激单元16A、16B中的哪一个被激活以提供感觉刺激。也就是说，根据预设参数，可激活已经转移了更多患者重量的腿上的刺激单元16A/16B以提供刺激。替代地，可设置预设参数，使得可激活已经转移较少重量的腿上的单元16A/16B。

一旦已经计算出激活周期，那么所述计算用于从本地处理器20(或中央处理器18)传输适当的信号，以根据参数且由如上文讨论的计算所确定的来激活刺激单元16A、16B(或适当的单元16A/16B)(框94)。

替代地，可使用相同或类似的过程来执行上面表1中列出的感觉刺激模式中的任一个或本文中所公开或设想的任何其它感觉刺激模式。此外，应注意，如果某种感觉刺激模式(例如，表1中阐述的感觉刺激模式中的任一个)仅使用如本文中所公开或设想的各种系统组件的子集，那么仅需要将待利用的那些组件并入物理系统中且由患者佩戴。

根据某些实施方案，系统(例如，系统10)可与例如智能手机(例如，装置22)的移动装置一起操作。举例来说，如图8A和图8B中所展示，为智能手机提供应用程序，所述应用程序具有用户界面，所述用户界面可用类似于上文进一步详细讨论且在图3B、图4B和图5B中描绘的图形用户界面的方式显示人模型(如图8B中最佳展示)。智能手机(例如，移动装置22)可通过与中央处理器(例如，处理器18)和/或本地中央处理器(例如，处理器20)通信来与系统(例如，系统10)无线通信。

图8A描绘应用程序显示，其中在屏幕顶部100提供关于患者的定时特性和其它细节，而屏幕底部102显示以下关注点的实时俯视图：双脚的前和后、双脚的压力中心、来自骨盆的骨盆髂前上棘(“ASIS”)点和骨盆髂后上棘(“PSIS”)点在地板上的投影、由模型计算的质量中心以及由模型计算的组合压力中心。

此外，图8B描绘了应用程序显示，其中屏幕顶部部分104是两只鞋垫的实时俯视图，且每一鞋垫具有压力中心。此外，屏幕底部部分106展示完整模型的实时正视图和侧视图，其展示所关注的身体区段的运动。

图9为说明配置成执行本文中所描述的技术的计算装置的更详细实例的框图。下文将图9的计算装置210描述为可与上文所讨论的计算装置22、服务器26和网络24组合使用或代替计算装置22、服务器26和网络24使用且可包括或含有图1的中央处理器18和/或处理器20的计算装置的实例。图9仅说明计算装置210的一个特定实例，且计算装置210的许多其它实例(例如，装置22和一个或多个相关服务器26和网络24)可在其它示情况下使用，且可包含实例计算装置210中包含的组件的子集，或可包含图9中未展示的额外组件。

计算装置210可为具有充分执行本文中所描述的技术所需的处理能力的任何计算机。举例来说，计算装置210可为以下各者中的任何一个或多个：移动计算装置(例如，智能手机、平板计算机、膝上型计算机等)、台式计算机、智能家居组件(例如，计算机化电器、家庭安全系统、用于家庭组件的控制面板、照明系统、智能电源插座等)、车辆、可穿戴计算装置(例如，提供用于平衡的感觉刺激的可穿戴传感器、智能手表、计算机化眼镜、心脏监视器、葡萄糖监视器、智能头戴式耳机等)、虚拟现实/增强现实/扩展现实(VR/AR/XR)系统、视频游戏或流式系统、网络调制解调器、路由器或服务器系统，或可配置成执行本文中所描述的技术的任何其它计算机化装置。

如图9的实例中所展示，计算装置210包含用户界面组件(UIC)212、一个或多个处理器240、一个或多个通信单元242、一个或多个输入组件244、一个或多个输出组件246和一个或多个存储组件248。UIC 212包含显示组件202和对存在敏感的输入组件204。计算装置210的存储组件248包含通信模块220、分析模块222和数据存储区226。

一个或多个处理器240可类似于和/或执行与图1的中央处理器18、处理器20、计算机22和/或服务器26类似的功能。以此方式，一个或多个处理器240可实施与计算装置210相关联的功能性和/或执行与其相关联的指令，以分析压力传感器读数和角度传感器读数，以便提供感觉刺激。也就是说，处理器240可实施与计算装置210相关联的功能性和/或执行与其相关联的指令，以接收和处理压力传感器信号和角度信号并产生和输出感觉刺激信号。

处理器240的实例包含应用处理器、显示控制器、辅助处理器、一个或多个传感器集线器和配置成用作处理器、处理单元或处理装置(包含专用图形处理单元(GPU))的任何其它硬件的任何组合。模块220和222可由处理器240操作以执行计算装置210的各种动作、操作或功能。举例来说，计算装置210的处理器240可检索并执行由存储组件248存储的指令，所述指令使得处理器240执行关于模块220和222描述的操作。指令在由处理器240执行时可使计算装置210分析压力传感器读数和角度读数，以便提供感觉刺激。

通信模块220可在本地(例如，在处理器240处)执行，以提供与从一个或多个传感器(例如，力传感器、压力传感器、运动传感器和/或角度传感器)接收信号相关联的功能，且将信号输出到感觉刺激单元。在一些实例中，通信模块220可充当到计算装置210可访问的远程服务的接口。举例来说，通信模块220可为到远程服务器的接口或应用程序编程接口(API)，其从一个或多个传感器(例如，力传感器、压力传感器、运动传感器和/或角度传感器)接收信号且将信号输出到感觉刺激单元。

在一些实例中，分析模块222可在本地(例如，在处理器240处)执行，以提供与分析由通信模块220接收的数据相关联的功能，以便准确地产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于估计的压力中心和重心产生平衡刺激信号。在一些实例中，分析模块222可充当到计算装置210可访问的远程服务的接口。举例来说，分析模块222可为到远程服务器的接口或应用程序编程接口(API)，其分析由通信模块220接收的数据，以便准确地产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于估计的压力中心和重心产生平衡刺激信号。

计算装置210内的一个或多个存储组件248可存储用于在计算装置210的操作期间处理的信息(例如，计算装置210可存储在计算装置210处执行期间由模块220和222访问的数据)，包含一个或多个患者特定的虚拟生物力学模型。在一些实例中，存储组件248是临时存储器，这意味着存储组件248的主要目的不是长期存储。计算装置210上的存储组件248可作为易失性存储器被配置成用于信息的短期存储，且因此如果断电则不保留存储的内容。易失性存储器的实例包含随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)和本领域中已知的其它形式的易失性存储器。

在一些实例中，存储组件248还包含一个或多个计算机可读存储介质。在一些实例中，存储组件248包含一个或多个非暂时性计算机可读存储介质。存储组件248可配置成存储比通常由易失性存储器存储的更大量的信息。存储组件248可进一步配置成用于将信息长期存储作为非易失性存储器空间，且在电源接通/断开循环后保留信息。非易失性存储器的实例包含磁性硬盘、光盘、软盘、快闪存储器，或多种形式的电可编程存储器(EPROM)或电可擦除可编程(EEPROM)存储器。存储组件248可存储与模块220和222以及数据存储区226相关联的程序指令和/或信息(例如，数据)。存储组件248可包含配置成存储与模块220和222以及数据存储区226相关联的数据或其它信息的存储器。

通信信道250可互连组件212、240、242、244、246和248中的每一个以用于组件间通信(物理地、通信地和/或可操作地)。在一些实例中，通信信道250可包含系统总线、网络连接、进程间通信数据结构或用于传送数据的任何其它方法。

计算装置210的一个或多个通信单元242可通过在一个或多个网络上传输和/或接收网络信号经由一个或多个有线和/或无线网络与外部装置通信。通信单元242的实例包含网络接口卡(例如，以太网卡)、光学收发器、射频收发器、GPS接收器、射频识别(RFID)收发器、近场通信(NFC)收发器或可发送和/或接收信息的任何其它类型的装置。通信单元242的其它实例可包含短波无线电、蜂窝数据无线电、无线网络无线电以及通用串行总线(USB)控制器。

计算装置210的一个或多个输入组件244可接收输入。输入的实例是触觉输入、音频输入和视频输入。在一个实例中，计算装置210的输入组件244包含对存在敏感的输入装置(例如，触敏屏幕、PSD)、鼠标、键盘、语音响应系统、相机、麦克风或用于检测来自人或机器的输入的任何其它类型的装置。在一些实例中，输入组件244可包含一个或多个传感器组件(例如，传感器252)。传感器252可物理地并入到计算装置210中，或可与计算装置210进行有线或无线通信。传感器252可包含一个或多个生物传感器(例如，指纹传感器、视网膜扫描仪、声音输入传感器/麦克风、面部识别传感器、相机)、一个或多个位置传感器(例如，GPS组件、Wi-Fi组件、蜂窝组件)、一个或多个温度传感器、一个或多个运动传感器(例如，加速度计、陀螺仪)、一个或多个压力传感器(例如，气压计或力传感器)、一个或多个环境光传感器以及一个或多个其它传感器(例如，红外接近传感器、湿度计传感器等)。仅举几个其它非限制性实例，其它传感器可包含力传感器、压力传感器、运动传感器、角度传感器、雷达传感器、激光雷达传感器、声纳传感器、心率传感器、磁力计、葡萄糖传感器、嗅觉传感器、罗盘传感器或步进计数器传感器。

计算装置210的一个或多个输出组件246可用所选择的模态产生输出。模态的实例可包含触觉通知、听觉通知、视觉通知、机器产生的语音通知或其它模态。在一个实例中，计算装置210的输出组件246包含对存在敏感的显示器、声卡、视频图形适配器卡、扬声器、阴极射线管(CRT)监视器、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器、虚拟/增强/扩展现实(VR/AR/XR)系统、三维显示器或用于以所选择的模态向人或机器产生输出的任何其它类型的装置。

计算装置210的UIC 212包含显示组件202和对存在敏感的输入组件204。显示组件202可以是屏幕，例如关于输出组件246描述的显示器或系统中的任一个，UIC 212在所述屏幕处显示信息(例如，视觉指示)，而对存在敏感的输入组件204可检测显示组件202处和/或附近的对象。

虽然被说明为计算装置210的内部组件，但UIC 212还可表示与计算装置210共享数据路径以用于传输和/或接收输入和输出的外部组件。举例来说，在一个实例中，UIC 212表示计算装置210的位于计算装置210的外部封装内并物理连接到所述外部封装的内置组件(例如，移动手机上的屏幕)。在另一实例中，UIC 212表示计算装置210的位于计算装置210的封装或外壳外部且与所述封装或外壳物理分离的外部组件(例如，与计算装置210共享有线和/或无线数据路径的监视器、投影仪等)。

计算装置210的UIC 212可检测二维和/或三维手势作为来自计算装置210的用户的输入。举例来说，UIC 212的传感器可在UIC 212的传感器的阈值距离内检测用户的运动(例如，移动手、手臂、笔、触笔、触觉对象等)。UIC 212可确定运动的二维或三维矢量表示，且将矢量表示与具有多个维度的手势输入(例如，挥手、捏夹、拍手、笔划等)相关联。换句话说，UIC 212可检测多维手势，而不需要用户在UIC 212输出用于显示的信息的屏幕或表面处或附近做手势。相反，UIC 212可检测在传感器处或附近执行的多维手势，其可位于或可不位于UIC 212输出用于显示的信息的屏幕或表面附近。

根据本公开的技术，通信模块220可从与患者的至少一个下肢或假体相关联的至少一个力和/或压力传感器接收包含与下肢或假体相关的力和/或压力信息的力和/或压力信号。通信模块220还可从与患者的至少一个下肢或假体相关联的至少一个运动和/或角度传感器接收包含与下肢或假体相关的运动和/或角度信息的运动和/或角度信号。分析模块222可基于力和/或压力信号以及运动和/或角度信号来产生存储在数据存储区226中的患者特定的虚拟生物力学模型，以产生和估计的压力中心和重心。分析模块222可进一步基于估计的压力中心和重心产生平衡刺激信号。通信模块220可将平衡刺激信号输出到设置在患者的至少一个下肢或假体上的至少一个感觉刺激单元，其中至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器为可致动的以基于平衡刺激信号向患者提供刺激。

在使用本公开的技术时，可更有效地帮助患有影响患者用他们的肢体感测力、压力、运动或角度的能力的病症的人。举例来说，下肢受伤或截肢或某些疾病的人可能无法正确地确定其身体某些部位上的力。通过利用计算装置210与收集力、压力、运动和/或角度信息的传感器通信，分析所述信息，并将感觉刺激信号输出到在患者身体的其它部位向患者提供感觉刺激的感觉刺激单元，患者可以更能够自己行走和平衡，从而减少可能由于缺乏平衡或他们可能具有的感觉而导致的进一步伤害。

虽然上文所描述的各种系统为单独的实施方案，但上文详细描述的各种系统实施例内的个别组件、机构或装置以及相关特征和功能性中的任一个都可并入到本文中的其它系统实施例中的任一个中。

如本文中所使用的术语“约”和“基本上”是指可例如通过典型的测量技术和设备相对于任何可定量变量发生的变化(包含在数值数量或结构上)，所述可定量变量包含但不限于质量、体积、时间、距离、波长、频率、电压、电流和电磁场。此外，在现实世界中存在某些无意的可能是由于用于制成各种组件或执行方法等的组件的制造、来源或精确度的差异而引起的误差和变化。术语“约”和“基本上”也涵盖这些变化。术语“约”和“基本上”可包含5％或10％的任何变化，或0％与10％之间的任何量，包含任何整数。此外，无论是否由术语“约”或“基本上”修饰，权利要求书都包含数量或量的等效物。

说明书中列举的数值范围包含定义所述范围的数字，且包含所定义范围内的每一整数。贯穿本公开，本公开的各个方面都以范围格式呈现。应理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁起见，且不应该被解释为是对本公开的范围的固定限制。因此，范围的描述应被认为具有明确公开的所有可能的子范围、分数和所述范围内的个别数值。举例来说，例如1至6的范围的描述应被认为具有明确公开的子范围，例如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及所述范围内的个别数字，例如，1、2、3、4、5和6，以及小数和分数，例如1.2、3.8、1¹/₂和4³/₄。这无论范围宽度如何均适用。虽然已参考优选实施方案描述各种实施例，但本领域技术人员应认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行改变。

虽然已参考优选实施方案描述各种实施例，但本领域技术人员应认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行改变。

Claims (20)

1.一种用于改善患者的感觉运动功能的系统，所述系统包括：

(a)至少一个力和/或压力传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中

所述至少一个力和/或压力传感器配置成检测与所述下肢或假体相关的力和/或压力信息，且基于所述力和/或压力信息传输力和/或压力信号；

(b)至少一个运动和/或角度传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中所述至少一个运动和/或角度传感器配置成检测与所述下肢或假体相关的运动和/或角度信息，且基于所述运动和/或角度信息传输运动和/或角度信号；

(c)处理器，其配置成接收所述力和/或压力信号以及所述运动和/或角度信号，基于所述力和/或压力信号以及所述运动和/或角度信号产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于所述估计的压力中心和所述重心产生平衡刺激信号；以及

(d)至少一个感觉刺激单元，其设置在所述患者的至少一个下肢或假体上，其中

所述至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器是可致动的以基于所述平衡刺激信号向所述患者提供刺激。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个力和/或压力传感器中的第一个与第一垫相关联，其中所述第一垫能够设置在所述患者的第一脚或假脚下方。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个力和/或压力传感器中的第二个与第二垫相关联，其中所述第二垫能够设置在所述患者的第二脚或假脚下方。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个运动和/或角度传感器包括五个运动和/或角度传感器。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述五个运动和/或角度传感器中的每一个为设置在传感器处理模块内的惯性运动单元。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个感觉刺激单元包括设置在所述患者的第一下肢或假体上的第一刺激单元和设置在所述患者的第二下肢或假体上的第二刺激单元。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个感觉刺激单元包括四个刺激器。

8.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括可操作地耦合到所述处理器的用户界面，其中所述用户界面配置成显示所述患者特定的虚拟生物力学模型。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述用户界面包括移动装置中的应用程序。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述移动装置包括膝上型计算机或智能手机。

11.一种用于改善患者的感觉运动功能的系统，所述系统包括：

(a)至少一个力和/或压力传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中

所述至少一个力和/或压力传感器配置成检测与所述下肢或假体相关的力和/或压力信息，且基于所述力和/或压力信息传输力和/或压力信号；

(b)至少一个运动和/或角度传感器，其与患者的至少一个下肢或假体相关联，其中所述至少一个运动和/或角度传感器配置成检测与所述下肢或假体相关的运动和/或角度信息，且基于所述运动和/或角度信息传输运动和/或角度信号；

(c)处理器，其配置成接收所述力和/或压力信号以及所述运动和/或角度信号，基于所述力和/或压力信号以及所述运动和/或角度信号产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于所述估计的压力中心和所述重心产生平衡刺激信号；

(d)至少一个感觉刺激单元，其设置在所述患者的至少一个下肢或假体上，其中

所述至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器是可致动的以基于所述平衡刺激信号向所述患者提供刺激；以及

(e)用户界面，其可操作地耦合到所述处理器，其中所述用户界面配置成从所述处理器接收关于所述患者特定的虚拟生物力学模型的信息，且基于来自所述处理器的所述信息显示所述患者特定的虚拟生物力学模型。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个力和/或压力传感器中的第一个与第一垫相关联，其中所述第一垫能够设置在所述患者的第一脚或假脚下方，且所述至少一个力和/或压力传感器中的第二个与第二垫相关联，其中所述第二垫能够设置在所述患者的第二脚或假脚下方。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个运动和/或角度传感器包括五个运动和/或角度传感器，其中第一运动和/或角度传感器以及第二运动和/或角度传感器设置在所述患者的第一下肢或假体上，第三运动和/或角度传感器以及第四运动和/或角度传感器设置在所述患者的第二下肢或假体上，且第五运动和/或角度传感器设置在所述患者的下背部上。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述五个运动和/或角度传感器中的每一个为设置在传感器处理模块内的惯性运动单元，其中所述第五运动和/或角度传感器可操作地耦合到本地中央处理器，其中所述本地中央处理器与所述处理器通信。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个感觉刺激单元包括设置在所述患者的第一下肢或假体上的第一刺激单元和设置在所述患者的第二下肢或假体上的第二刺激单元，其中所述第一刺激单元和所述第二刺激单元中的每一个包括：

(a)配置成能够耦合到下肢或假体的带；

(b)包括附接到所述带的四个刺激器的所述至少两个刺激器；以及

(c)与所述四个刺激器中的一个相关联的所述至少一个运动和/或角度传感器中的一个。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述用户界面包括移动装置中的应用程序，其中所述移动装置包括膝上型计算机或智能手机。

17.一种用于改善患者的感觉运动功能的系统，所述系统包括：

(a)第一脚垫单元，其包括第一脚垫，所述第一脚垫包括能够定位在患者的第一下肢或假体的第一脚或假脚下方的至少一个第一力和/或压力传感器；和第二脚垫单元，其包括第二脚垫，所述第二脚垫包括能够定位在所述患者的第二下肢或假体的第二脚或假脚下方的至少一个第二力和/或压力传感器，其中所述至少一个第一力和/或压力传感器以及所述至少一个第二力和/或压力传感器中的每一个配置成分别检测与所述第一下肢或假体和所述第二下肢或假体相关的力和/或压力信息，且基于所述力和/或压力信息传输力和/或压力信号；

(b)第一传感器处理模块和第二传感器处理模块，其包括与所述患者的所述第一下肢或假体相关联的至少一个第一运动和/或角度传感器；第三传感器处理模块和第四传感器处理模块，其包括与所述患者的所述第二下肢或假体相关联的至少一个第二运动和/或角度传感器；和第五传感器处理模块，其包括与所述患者的下背部相关联的至少一个第三运动和/或角度传感器，其中所述至少一个第一运动和/或角度传感器、所述至少一个第二运动和/或角度传感器以及所述至少一个第三运动和/或角度传感器中的每一个配置成检测运动和/或角度信息，且基于所述运动和/或角度信息传输运动和/或角度信号；

(c)处理器，其配置成接收所述力和/或压力信号以及所述运动和/或角度信号，基于所述力和/或压力信号以及所述运动和/或角度信号产生患者特定的虚拟生物力学模型以产生估计的压力中心和重心，且基于所述估计的压力中心和所述重心产生平衡刺激信号；

(d)至少一个感觉刺激单元，其设置在所述患者的至少一个下肢或假体上，其中

所述至少一个感觉刺激单元包括至少两个刺激器，所述至少两个刺激器是可致动的以基于所述平衡刺激信号向所述患者提供刺激；以及

(e)用户界面，其可操作地耦合到所述处理器，其中所述用户界面配置成从所述处理器接收关于所述患者特定的虚拟生物力学模型的信息，且基于来自所述处理器的所述信息显示所述患者特定的虚拟生物力学模型。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第五传感器处理模块包括本地中央处理器，其中所述本地中央处理器与所述处理器通信。

19.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个感觉刺激单元包括：

(a)第一刺激单元，其设置在所述患者的所述第一下肢或假体上，所述第一刺激单元包括：

(i)配置成能够耦合到所述第一下肢或假体的第一带；

(ii)附接到所述第一带的四个第一刺激器；以及

(iii)与所述四个刺激器中的一个相关联的所述第一传感器处理模块和所述第二传感器处理模块中的一个；以及

(b)第二刺激单元，其设置在所述患者的所述第二下肢或假体上，所述第二刺激单元包括：

(i)配置成能够耦合到所述第二下肢或假体的第二带；

(ii)附接到所述第二带的四个第二刺激器；以及

(iii)与所述四个刺激器中的一个相关联的所述第三传感器处理模块和所述第四传感器处理模块中的一个。

20.根据权利要求17所述的系统，其中所述用户界面包括移动装置中的应用程序，其中所述移动装置包括膝上型计算机或智能手机。