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CN101146496B - 用于进行有知觉的感觉反馈的系统 - Google Patents

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CN101146496B CN2006800091945A CN200680009194A CN101146496B CN 101146496 B CN101146496 B CN 101146496B CN 2006800091945 A CN2006800091945 A CN 2006800091945A CN 200680009194 A CN200680009194 A CN 200680009194A CN 101146496 B CN101146496 B CN 101146496B
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Abstract

一种用于对身体进行有知觉的感觉反馈的系统。公开了不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体，以及基于所述系统的用于进行有知觉的感觉反馈的方法；包括所述系统的手套、短袜及身体肢端假体；以及该系统的使用。

Description

用于进行有知觉的感觉反馈的系统
技术领域
本发明涉及一种对不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体进行有知觉的感觉反馈的系统；基于所述系统的用于进行有知觉的感觉反馈的方法；以及包含所述系统的手套、短袜及身体肢端假体；以及所述系统的使用。 
背景技术
诸如手臂、腿、手、以及脚部假体这样的现行可得的假体都缺少有知觉的感觉反馈。 
例如手的先天性或外伤性截肢是不但会影响职业生命和业余活动而且会影响身份、社会交往以及生活质量的灾难。为了弥补掩饰性缺陷，各种类型的掩饰性手假体可用，例如为了提供手的机能有用代换而使用肌电假体，虽然对许多病人而言具有相当大的限制。 
肌电假体是可以块状EMG-信号(肌电图信号)来使手张开或合拢的电动设备，所述信号通过位于截断残肢的伸肌顶部上的表面电极和位于屈肌顶部上的表面电极得到监控。。肌电手假体在市场上可得。虽然有些病人使用这种神经控制的肌电假体，但是这种假体存在例如缺乏灵活移动的能力、假体通常仅允许诸如手张开或合拢这样的两个自由度、以及缺乏有知觉的感觉反馈这样的若干缺点。另外，像重量和有限电池使用时间之类的因素对这种假体也是不利的。 
包括多个EMG记录地点和人造神经网络的组合使用的进行中发展研究工作不久将形成用于更高级手假体的神经控制的基础，这提供了如Sebelius等(2005)所描述的大量的自由度。然而，缺乏有知觉的感觉反馈仍代表基本的主要问题。当前创新明确地解决了该问题。 
例如人手的功能基于运动控制的传出信号与来自用于提供感觉反馈的各种感觉系统的传入信号(Scott，2004)之间的复杂相互作用。中枢神经系统扮演用于对感觉输入和运动输出进行处理与整合的关键角色。虽然脊髓和脑干支持像四肢反射之类的″自动功能″，但是脑的运动皮层支持并控制诸如伸出去取物体或执行学习运动行为(Moran和Schwartz、1999；Gribble和Scott，2002)这样的自愿的和有计划的运动任务。虽然运动行为的计划包括诸如正面顶骨区域—运动前皮层(Rizzolatti和Luppino、2001；Battaglia-Mayer等，2003)这样的若干皮层区域，但是有用意的且熟练的运动任务的执行基于主运动皮层M1中的神经行为(Porter和Lemon，1993)。M1的活动受到来自诸如接触、视觉、听觉、以及本体感受这样的若干感觉的感觉反馈很大程度的调制与影响。M1中的许多神经细胞强烈地响应手的皮肤刺激(Picard和Smith，1992)，强烈地反射手的夹持功能这样的事实取决于构成了感觉反馈的肌肤接触和皮肤刺激(Scott，2004)。 
触觉对于构成″属于身体″的手而言是必不可少的。不具有感觉功能的手被感觉为外来体甚至不被所有者接受(Ramachandran和Blakeslee，1998)。此外，对手的夹持力的调整和对灵活运动任务的执行取决于从手输入到中枢神经系统的感觉。典型地，手的光滑肌肤的敏感性基于位于表皮下和皮下区域中的并且响应于静压或震动触觉的刺激的四种机械感受器(Johansson和Vallbo，1979；Johansson和Birznieks，2004)。其中响应震动的感受器是位于具有小接受区的表皮下乳头中的麦斯纳氏小体(快适应—类型I-FA I感受器)以及位于拥有大接受区的皮下层中的帕西尼氏小体(快适应—类型II-FA II感受器)。恰好位于上皮之下的Merkel细胞响应静测量并且具有小接受区(慢适应—类型I-SAI感受器)。位于皮下的鲁菲尼器官主要响应伸展(SA II感受器)。手的发育极好的触觉功能使手成为感觉器官。触觉对于探测周围世界而言是必不可少的。在活动接触中我们无需使用视觉即可知道并 识别出很小物品的纹理、形状以及构成(Klatsky等，1987；Katz，1989)。手的发育很好的感觉功能反映在体觉皮层中的手的代表区，其占据了非常重要的部分(Merzenich和Jenkins，1993；Kaas，1997)。 
用于提供手假体中的感觉反馈的各种原理已试验了多年(参见(Riso，1999；Lundborg和Rosen，2001)的评述)。已使用了三个不同的方法： 
1)感觉替换(使用完好感觉系统替换失灵的)； 
2)完好神经的直接刺激； 
3)暗含着对身体边远区域中的完好肌肤的刺激的已传送的皮肤感觉。 
使用完好感觉系统的感觉替换被使用肌电假体的截肢者自动的使用，以使用视觉引导手假体的移动。已将使用听觉作为对失灵感觉的替换描述为剩下了缺少感觉的手的主要神经损伤中的有效策略并且还如在Lundborg的WO9848740(A1)中所描述的已在手假体中进行了试验。根据这个原理，将在接触手指时由震动刺激所诱出的且通过位于指尖面上的微型传声器所记录的电信号送到用于将加权信号传送到施加在左右耳上的耳机的立体处理器，这可形成手的空间分辨。按照这种方式，可以很容易认识到与各种纹理的活动接触相关的″摩擦音″并且很容易使其与特定纹理的接触相关(Lundborg等，1999)。 
已证明当电刺激残余四肢的感觉神经时可唤起感觉(Anani和Komer，1979)。通过使用经皮刺激电极的不同小束的选择性刺激可实现一些剖析区分(Anani和Komer，1979)。然而，使用该技术，纤维激活的空间分辩很低，并且所感知到的感觉的质量很低。 
为了提高直接神经刺激的原理，已提议了用于触觉传入的微刺激的各种技术。在绝缘的过程中当电激活了各个皮肤传入纤维时可唤起更自然的感觉(Riso，1999)。为了使接触神经组织进一步精炼，在实验室环境中已使用了各种类型的神经接口的刺激设备(Riso，1999)。这些技术中的一些需要 使体轴再生为刺激设备这样的生长。例如，使用″筛电极″—使体轴从横切神经再生是指透过毛孔矩阵以获得适当电极接触(Wallman等，2001；Ceballos等，2002)。利用这个原理，成组的体轴可透过芯片中的单独穿孔并且电极接头可对横向位置的筛选电极的各个孔或单独部位进行寻址。虽然硅树脂筛选电极所感应的外来体反应是不连续的并且这种电极植入的长期效果是未知的。还可通过利用多极卡环电极实现选择性束状刺激(Rodriguez等，2000；Navarro et，2001)。神经再生接口类型的另一概念是将铂铱矿电线或者类似设备同轴地引入到再生管子的管腔内(Edell，1986；Riso，1999)。另一技术使用插入到周围神经中的显微机械加工针电极的″电刷阵列″(Rutten等，1999)。还可以通过将纵向细线引入到神经干(Dhillon等，2004)或者独立的神经小束中而连接周围神经(Yoshida和Horch，1993)。上述神经接口策略的理论优点在于可将感觉刺激直接传送到周围神经并且从而到达CNS。然而，存在若干缺点和困难。经皮通道设备或遥测技术要求将感觉信息从身体外部传送到内部。感觉小束的电刺激不必是特定形态并且可引起非生理性的且怪异的感觉感知。基于植入的电子设备的神经接口原理因此多年来保持试验阶段。 
数十年以前已进行了使用传送至边远肌肤区域的皮肤刺激这样的努力。根据这个原理，身体的边远肌肤区域受到电皮肤刺激(Szeto和Riso，1990)或震动(Mann和Reimers，1970)。虽然当与施加到假体中的传感器上的压力成比例时这种刺激可用作对肌电假体中的夹持力进行调制的反馈系统(Lundborg等，1999)，但是它们会引起非常不愉快的且非生理性的感觉。此外，对边远肌肤区域的刺激不便于与手的刺激相关联，因为相应身体部分的皮层代表相距很远并且因此不能用作有知觉感觉反馈的有用系统。没有使剖析特定肌肤区域的刺激与施加到手假体的相似剖析所定义的部分上的刺激相关联的尝试。 
手的截肢对大脑皮层的功能组织有即时的且长久的影响(Merzenich和Jenkins，1993；Weiss et al，2000)。通常皮层″身体映射″构成了按照特定剖析顺序而在体觉皮层中所代表的且大小与它们的感觉能力成比例的所有身体部分的代表区(Kaas，1997)。因此，呈现出发育格外良好的感觉功能的手和脸占据了体觉皮层的较大部分。根据皮层身体映射，面部代表区被立即局部化至手代表的末端，而前臂的代表区被立即局部化至手代表区的前端(Penfield和Boldrey，1937；Merzenich等，1987；Kaas，1997)。如果截断了手，那么那里立即是先前致力于手的″沉静″皮层区。随后脸和前臂代表区急速的扩张以包括先前的手代表区。已示出了该现象在截肢之后的24小时之内出现(Borsook等，1998)。由于前臂代表的皮层扩张，此后前臂或脸的接触会导致幻肢的感觉现象。因此，″幻觉手″有时通常映射在截肢者的残余前臂的远部中(Ramachandran，1998)。这种皮层功能的重组现象—″脑可塑性″的表达-快速地出现并且永久地保持。 
缺少有知觉的感觉反馈这样的相同问题还适用于诸如糖尿病病人这样的缺少知觉或具有损伤知觉的身体部分。 
发明内容
本发明的目的是解决假体中缺少有知觉的感觉反馈和身体部分缺少感觉的上述问题。 
该目的可以通过对不具有感觉的身体肢端或缺少的身体肢端进行有知觉的感觉反馈的系统来实现，该系统包括：至少一个传感器(2)，该传感器被设置于所述不具有感觉的身体肢端上或者被设置于身体肢端假体上；触感显示(5)，该触感显示包括至少一个信号转换器(4)，其中每个信号转换器被设置于病人的完好邻近身体肢端的肌肤上；其中所述至少一个传感器(2)受到至少一个刺激时具有可将信号传送到所述至少一个信号转换器(4)的 能力，所述信号转换器(4)具有将所述信号转换为完好邻近身体肢端的肌肤上的自然发生神经元件上的所述刺激；其中无需外科手术便可将所述系统附装在病人身上以及从病人身上拆下。 
根据本发明的目的还可以通过包括上述系统的手套或短袜来实现。所述手套可用在不具有感觉或部分不具有感觉的手、手臂或手指上；并且所述短袜可用在不具有感觉或部分不具有感觉的脚、腿或脚趾上。 
根据本发明的目的还可以通过使用根据本发明的系统而对不具有感觉的身体肢端或病人的缺少的身体肢端进行有知觉的感觉反馈的方法来实现，其中所述方法包括以下步骤： 
a)在期望有知觉的感觉反馈的一个或多个位置上将所述至少一个传感器施加到不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体上； 
b)选择性地在步骤a)之前，对完好邻近身体肢端的肌肤上的一个或多个位置进行标识，在所述位置上，肌肤中的神经元件代表在期望有知觉的感觉反馈的所述一个或多个位置上的先前存在的或缺陷神经元件； 
c)将包括至少一个信号转换器的触感显示施加到在步骤b)下所标识的一个或多个位置上的完好邻近身体肢端的肌肤上， 
其中当病人的所述至少一个传感器受到至少一个刺激时，病人可对身体肢端假体上的所述至少一个刺激进行感知。 
另外，根据本发明的目的还可以通过使用根据本发明的系统而对不具有感觉的身体肢端或病人的缺少的身体肢端进行有知觉的感觉反馈的方法来实现，其中所述方法包括以下步骤： 
a)在期望有知觉的感觉反馈的一个或多个位置上将所述至少一个传感器施加到不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体上； 
b)选择性地在步骤a)之前，选择性地对完好邻近身体肢端的肌肤上的一个或多个位置进行标识，在所述位置上，肌肤中的神经元件代表在期望有 知觉的感觉反馈的所述一个或多个位置上的先前存在的或缺陷神经元件； 
c)将触感显示的至少一个信号转换器施加到一个或多个位置上的完好邻近身体肢端的肌肤上； 
d)在病人目视观察或倾听期间，反复地使所述至少一个传感器受到至少一个刺激，直到病人学会识别出所述至少一个刺激并且使其与所述完好邻近身体肢端上的所述位置相互关联， 
其中当病人的所述至少一个传感器受到至少一个刺激时，病人对身体肢端假体或不具有感觉的身体肢端上的所述至少一个刺激进行感知。 
根据本发明的目的还可以通过完全或部分包括根据本发明的系统的身体肢端假体来实现。 
附图说明
现在参考示意性附图通过示例的方式对本发明的不同实施例进行描述，其中： 
图1是根据本发明的系统的手和手臂的略图；以及 
图2是根据本发明的系统的脚和下肢的略图。 
具体实施方式
在假手中重构例如人手的所有灵敏感觉功能是不可能的任务。这种系统在假手中需要几类传感器以对例如压力、震动、切力、温度、湿气、以及疼痛进行记录(Lundborg，2000；Lundborg和Rosen，2001)。还需要对具有感觉输入的中枢神经系统(CNS)进行馈送的系统。有效系统应当提供有知觉的感觉—不仅是手中的局部反射环路系统，即所谓滑动传感器-从不到达CNS，并且将提供手的空间分辩力以使施加到手的不同区域上的触觉刺激可感知。 
本发明基于对脑可塑性机制的当前了解，这意味着例如大脑皮层中的预截肢手代表被包括有前臂的皮层扩大相邻代表所占据，并且施加到该截肢者前臂上的触觉刺激可被感知为施加到″幻觉″手或附装的手假体以及脚或腿上的刺激。根据这个原理，可将通过施加到手假体上的触觉刺激、震动、或温度刺激所作用的物理或电信号传送到包括信号转换器的施加到前臂或下肢(小腿)的肌肤上的触感显示上，并且可被感知为施加到例如手假体或前臂假体这样的身体肢端假体上，或者不具有感觉的身体肢端上的真正的感觉刺激。通过将按照剖析″镜像方式″的手的各个部分映射至前臂肌肤，所述系统允许施加到手假体上的触觉刺激、震动刺激、以及其它类型的感觉刺激的三维剖析分辩。本领域技术人员还应当理解，所述系统还可应用于诸如不具有感觉的手和脚假体以及不具有感觉的脚，或者缺少感觉的身体肢端局部这样的其它肢端上。 
在本申请中所使用的术语″不具有感觉″是指具有降低的感觉或无感觉的身体肢端和/或缺少感觉或具有降低的感觉的身体肢端的一部分。例如由于神经损伤或代谢性神经病而使身体肢端缺少感觉。在这种情况下，由于缺少感觉反馈，身体肢端非常容易损伤。 
在这里所使用的术语″身体肢端″是指例如一个或多个手指或脚趾或其部分这样的手臂或腿或其部分、整个手或脚或其部分、诸如小腿这样的前臂或下肢或其部分、以及上臂或大腿或其部分。 
在这里所使用的术语″身体肢端假体″或″假体″是指如上所定义的身体肢端的人工替换并且包括用作手臂和腿以及其任何部分的替换的传统假体。在一个实施例中，所述身体肢端假体可以包括根据本发明的整个系统。 
在这里所使用的术语″邻近完好身体肢端″是指最靠近或接近于如上所定义的不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体的肢端的完好部分或肢端部分。所述完好部分有时也被称为″残肢″。例如，如果由于截肢而使手缺少感 觉或完全缺少手，那么邻近完好身体肢端是前臂的下半部。 
在这里所使用的术语″完好″是指上述残余肢端具有未受损伤的或者基本上或局部未受损伤的组织。 
在这里所使用的表述″先前存在的或者有缺陷的神经元件″是指存在于身体肢端中的此后由于任何原因而丧失的神经元件或者由于任何原因而完全或局部不活动的存在于不具有感觉的身体肢端中的神经元件。 
在这里所使用的术语″可附装的和可拆卸的″是指可更好地按照对病人或帮助人容易且简单的方式在期望时无需外科手术即可将根据本发明的系统施加到病人上并且在期望时可将其从病人移开。这是指系统的一部分不是永久固定在病人身体的任何一部分上。然而，系统的一部分可以但不是必须地永久地固定在或者包含于如上所定义的身体肢端假体之内。 
在这里所使用的术语″手套″是指任何类似手套或者管状的基本上至少覆盖不具有感觉的身体肢端或如上所定义的身体肢端假体的弹性材料。所述手套可以由使病人舒适的任何传统适当材料制成，并且根据本发明的系统或其部分可按照下述方式而嵌入在所述手套中，所述方式即使所述至少一个传感器以及选择性地使所述触感显示的信号转换器与不具有感觉的身体肢端、身体肢端假体、或者邻近完好身体肢端的肌肤充分的接触。 
在这里所使用的术语″短袜″是指任何类似短袜或者管状的基本上至少覆盖不具有感觉的身体肢端或如上所定义的身体肢端假体的弹性材料。所述短袜可以由使病人舒适的任何传统适当材料制成，并且根据本发明的系统或其部分可按照下述方式而嵌入在所述短袜中，所述方式即使所述至少一个传感器以及选择性地使所述触感显示的信号转换器与不具有感觉的身体肢端、身体肢端假体、或者邻近完好身体肢端的肌肤充分的接触。 
损伤或缺少感觉在例如糖尿病这样的严重的代谢性神经病中是常见的。在此情况下，由于缺少感觉反馈，脚的脚底部分尤其是易损伤的，虽然小腿 的感觉仍可保持。因此用于感觉反馈的本发明对这种情况下的应用是有用的。 
主要是在诸如糖尿病这样的严重神经病的情况下可看到脚的截肢，但是也可能由于跌打损伤而造成。在这种情况下，用于感觉反馈的本发明也可得到应用。 
如上所述，本发明提供了一种用于对例如手假体、不具有感觉的手、假脚、或者不具有感觉的脚进行有知觉的感觉反馈的系统，该系统利用对压力的感觉以及空间分辩力的能力来提供包括有触觉区分功能的有知觉的感觉。本发明利用例如从假手传送至前臂的皮肤感觉，使用可通过触感显示而从精神上感知假手中的自然感觉的系统，该系统包括至少一个信号转换器，并且在如果失去了前臂的情况下刺激例如前臂或上臂这样的邻近完好身体肢端的肌肤。根据本发明，可利用肌肤中的诸如机械感受器这样的自然出现的神经元件。可将触感显示施加到具有脑中的皮层代表的身体部分，优选地施加到尽可能靠近截肢身体部分的皮层代表区的身体部分上，即在残余四肢中的尽可能远侧。用于触感显示的信号转换器应当尽可能地模仿自然刺激而感应刺激，例如对假手施加的压力应当感应对刺激肌肤施加的相同类型的压力，并且震动刺激应当感应对感受肌肤的震动刺激。优选地，将信号转换器设置于支架上并且就更好性能而言，可能更适合于单独病人。在本发明中，″适合的″不是指永久的设置，即可对所述信号转换器进行重新设置。 
图1对所述系统的一个实施例进行说明，其中可将传感器(2)施加到手假体或者不具有感觉的手或者手套(1)上，并且所述传感器(2)通过电或液压导管(7a)与处理器(3)相连。所述处理器(3)通过电或液压导管(7b)与设置于前臂上的形成了触感显示(5)的信号转换器(4)相连。 
图2对所述系统的一个实施例进行说明，其中将传感器(2)施加到脚假体或不具有感觉的脚或短袜(6)上，所述脚假体或不具有感觉的脚或短 袜(6)通过电或液压导管(7a)与处理器(3)相连，所述处理器(3)通过电或液压导管(7b)与设置于小腿上的形成了触感显示(5)的信号转换器(4)相连。 
根据本发明所使用的传感器(2)可以是压力传感器、震动传感器、温度传感器、张力传感器、或其任何组合、或可响应刺激的任何其它传感器，并且可以是一个传感器或多个传感器，例如压抗传感器，诸如可从Imerlink电子公司，Camarillio，USA获得的Imerlinks压力感应电阻型149NF这样的压抗传感器；小电容器麦克风，诸如可从日本Gocco东京贸易公司获得的小电容器麦克风。具有可同时感觉不同刺激能力的多传感器也是可用的。按照例如使用圆形皮带、卷带、胶水、毛口扣件并且是自粘这样的任何方便方式可将每个传感器(2)固定在例如手指这样的期望位置上。根据本发明的系统的传感器(2)位于不具有感觉的身体肢端或期望有知觉的感觉反馈的身体肢端假体的位置上。传感器(2)的数量、传感器(2)的类型以及传感器的空间排列取决于期望的感觉反馈的类型和强度、各别病人的剖析以及传感器(2)的大小。在一个实施例中，每个传感器(2)通过电缆(7a)并选择性地通过处理器(3)与触感显示(5)中的相应信号转换器(4)相连。电缆(7a，7b)的类型不是决定性的，并且在这里适用传统使用的电传导。另外，传感器(2)通过例如红外连接或其它本领域技术人员公知的无线连接这样的无线连接与所述信号转换器(4)相连。此外所述连接可以是例如装满液体的管子这样的液压类型。此外，一个传感器(2)与上述的一个或多个信号转换器(4)相接触或相连，从而一个信号转换器(4)可与上述的一个或多个传感器(2)相接触或相连。 
在一个实施例中，所述系统包括处理器(3)，该处理器收集来自传感器(2)的信号并对该信号进行处理和/或将该信号转换成传送到所述触感显示(5)的期望输出信号。所述处理器优选为气动设备、电动机械设备或者电 设备。 
根据本发明，包括信号转换器并且还可选择性地包括处理器的触感显示(5)可设置于身体肢端假体的外壳中或可弯曲支架上，所述可弯曲支架施加在身体肢端假体的外壳上或者直接施加在不具有感觉的身体肢端上。 
触感显示(5)包括所述至少一个信号转换器(4)并且选择性地包括携带所述至少一个信号转换器(4)的支架。这不局限于任何特定形式或任何特定材料。根据本发明，″支架″是指物质性的，优选为可弯曲的，该支架可用于对信号转换器进行空间排列并且使所述变换器保持在期望身体肢端部分上。当触感显示(5)包括支架时，它具有弹性外壳、套筒、护腕、服装、毛口扣件、或者很容易安装在邻近身体肢端或身体肢端假体上且可从其上卸下的任何其它传统形式的材料这样的形式。此外，所述支架可包括在例如施加到外壳的内表面上的身体肢端假体之内。在存在时该支架的主要目的是在附装于完好邻近身体肢端上时保持信号转换器在正确空间位置中，由此会出现最佳信号转换至所述邻近身体肢端的肌肤中的自然出现神经元件。所刺激的这些自然出现神经元件的精确位置对于每个病人而言当然是各自的，但是通常它们位于肌肤的大概预定区域中，并且由具有该知识的本领域技术人员选择性地利用一些试误法测试对其进行定位。方便地，使这些位置预先位于肌肤之上，并且此后按照下述方式使位于肌肤上每个相应位置上的每个信号转换器设置在所述支架上，所述方式即：每次将系统的触觉显示附装于完好邻近身体肢端上时每个信号转换器与肌肤上的相应位置接触。可通过例如圆形皮带、卷带、胶水、毛口扣件并且是自粘这样的任何方便方式将每个单个变换器固定在支架上，只要可使每个信号转换器充分的与肌肤上的相应位置相接触。然而，如果由于某种原因而使自然出现的神经元件很难定位，那么还可根据本发明将该系统施加于不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体上并且可使病人学习怎样区分不同刺激，虽然信号转换器未放置于最佳结构 中。这例如可以利用听觉或视觉的帮助来完成，其中例如具有根据本发明的系统提供的手的手指受到诸如热这样的刺激，并且此后通过一个或多个传感器对所述的热进行记录，并且将所述热刺激传送到如上所述的邻近完好身体肢端。病人通过观测哪个手指受到刺激来记录刺激类型以及将其施加到完好邻近身体肢端的何处，并且学习对所述刺激进行识别以及使其与正确位置相关。通过重复这种过程，病人可学习以区分不同刺激以及刺激的位置。根据本发明自然地应用于所有可能的实施例。 
在一个实施例中，该支架不必在触感显示中。在这种情况下，所述触感显示包括与信号转换器相连的一束电缆、液压导管或无线连接。每次使用根据本发明的系统时，必需将每个信号转换器施加到肌肤上的相应位置上，对所述信号转换器进行永久标记以便于测量从而发现系统的每次使用与下次使用之间的肌肤上的正确位置。 
根据本发明的一个实施例，无需外科手术或者在大多数情况下无需任何帮助即可移除有知觉的感觉反馈的系统，例如，它包含于为现有技术所公知的假体之内。在不具有感觉的身体肢端的情况下，系统的元件可通过毛口扣件设置在身体肢端上。 
更确切地说，为了实现例如假手所需的空间分辩力，将假手的各个手指投射到假手的″手映射″—镜像图片，其中通过触感显示的信号转换器来刺激肌肤区域中的各个且完全独立的区域。触感显示尽可能靠近人工身体肢端，例如在截肢的外壳之内。因此，触感显示上的信号转换器的设置应当代表利用与身体肢端组织有关的映射的正确方向而施加到肌肤上的诸如手这样的身体肢端的″映射″。在手的情况下，可将单独映射施加到残余四肢中的手掌和远端前臂的背侧或者更接近处(参见图1)。还可将相同系统施加到假脚或者不具有感觉的脚上(参见图2)。 
在根据本发明的一个实施例中，压力传感器位于假手中，即位于主要在 拇指髓质和手指髓质的平面上的手假体中，并且传感器还可以位于中间和第一指节骨的手掌方面上以及手掌的各个部分上。如上所述，压力传感器可以是导电类型(例如电活动聚合体、压抗元件、电容传感器)或者相似类型。对静压和动压进行检测的传感器可以是光、磁性、机械、或者气化型。压力的触感显示位于具有单独显示即信号转换器的前臂的手掌或背面上以用于各个手指、用于手指的一部分、并且如果可用的话用于手的手掌的单独段。包括信号转换器的触感显示可以被包括在环绕前臂的假手的外壳之内或者被直接施加到不是外壳的一部分的完好身体肢端上，并且与正常手相比尽可能长地弥补前臂中的机械感受器的更″无力的″分布。触感显示的信号转换器应当按照例如下述气动系统这样的任何可能的方式来感应施加在肌肤上的自然压力，所述气动系统具有扩大的微型护腕、与手中的压力感受器同步、并且构成了诸如可从Alcom(最初用在移动式电话中)获得的震动电机、可从Graupner中获得的微型扩音器和伺服电机、微肌肉或相似设备、音圈、微肌肉或相似设备这样的振动触觉激活器之类的″连通器″系统。本领域技术人员可以很容易实现在诸如脚这样的不具有感觉的身体肢端上以及另外供身体肢端使用的假体上所使用的相似系统。 
根据本发明的一个实施例，用于震动感知的传感器按照与上述相同的剖析顺序而设置在假手中。可使用压电设备或电容传感器或类似设备，并且所述设备可并入到假手的物质中或施加到手指的背侧或手掌方面上。震动显示基于诸如电活化聚合体、压电元件、或下述其它类型的震动元件这样的各个设备，所述其它类型的震动元件例如是根据与在诸如振动马达、小型扩音器、音圈、或柏尔提元件这样的用于对温度进行记录的扩音器中所使用的相同原理的DC马达或膜片。如Lundborg等在1999年所描述的听觉来对该系统进行补足。与用于接触/压力的信号转换器一样，优选的，还应尽可能地对用于单独手指或手的一部分的各个震动信号转换器进行空间排列、放大、并且使 其独立以产生最佳空间分辩力，并且相同触感显示可以包括用于接触/压力及震动皮肤感知的信号转换器。 
在根据本发明的一个实施例中，使用用于对角度运动、磁传感器、陀螺仪、或者类似设备进行检测的传感器。微电机械系统(MEMS)可用于对加速度进行测量，并且可通过例如标准度量计量器对张力进行记录。 
根据本发明的系统还可用于身体肢端假体中的不同手指的空间定位以及用于渐次变化的感觉反馈以对切除神经的身体肢端中的夹持力进行调节，即对不具有感觉的身体肢端或身体肢端假体中的夹持力进行调节。 
在下面的非限制性实施例中对本发明的原理进行进一步的说明。 
实施例 
实施例1：在截肢者中，使用肌电假体，通过利用圆形皮带将可从Interlink电子公司、Camrillio、USA获得的作为传感器的亚抗薄膜固定到假体的手指的手掌部分上。处理器对通过压力感应的电信号进行处理并且将其调换到包括振动电机以作为信号转换器的触感显示上，所述振动电机从中间至横向侧以横向的形式而平行放置在但明显地独立于前臂的手掌方面上。通过环绕前臂的圆形皮带来固定震动电机。施加到假体的一个或若干手指上的接触感应对前臂皮肤的震动触觉刺激，并且病人无需使用视觉即可很容易地学习区分假体的各个手指。 
实施例2：在与实施例1类似的示例中，对由于手腕面的神经损伤而造成手不具有感觉的病人进行处理。与实施例1类似，通过处理器对来自各个手指的电信号进行处理并且将其调换至平行设置在上述触感显示中的振动电机。此外，病人无需使用视觉即可很容易按照正确方式区分施加到各个手指上的各种压力级。 
实施例3：与上述实施例1相类似地对可从Graupner、Pico-XC50中获得的作为信号转换器的小型伺服电机进行放置。手柄位于伺服电机的轴上， 因此可将推力与施加到假体手指上的压力成比例地施加到用户肌肤上，但是使用还可以是由感觉反馈组成的以对手的夹持力进行控制。 
实施例4：振动马达位于如图2所示位置上的不具有感觉的脚的小腿的背侧上。抗阻薄膜放置在图2所示的位置上。病人根据小腿中的相应肌肤区域的震动触觉刺激可区分对位于脚底各个位置上的任何压电薄膜的压力。 
实施例5：与实施例4相似，感觉削弱的脚可产生相同结果。 
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Claims (16)

1.一种用于对不具有感觉的身体肢端或缺少的身体肢端进行有知觉的感觉反馈的系统，该系统包括：至少一个传感器(2)，该传感器(2)被设置于所述不具有感觉的身体肢端上或者被设置于身体肢端假体上；触感显示(5)，该触感显示(5)包括至少一个信号转换器(4)，其中每个信号转换器(4)被设置于病人的完好邻近身体肢端的肌肤上；其中当所述至少一个传感器(2)受到至少一个刺激时具有将信号传送到所述至少一个信号转换器(4)的能力，所述至少一个信号转换器(4)具有将所述信号转换为所述完好邻近身体肢端的肌肤上的自然发生神经元件上的刺激的能力；其中无需外科手术便可将所述系统附装在病人身体上以及从病人身体上拆下；
其中所述触感显示(5)还包括支架，所述信号转换器(4)按照与设置在所述不具有感觉的身体肢端或所述身体肢端假体上的传感器(2)的空间图形相对应的空间图形设置在所述支架上。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统完全地或局部地被包括在身体肢端假体之内。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述至少一个传感器(2)是压力传感器、震动传感器、温度传感器、压抗传感器、微电机械系统、标准度量计量器、陀螺仪、磁传感器、电容器麦克风、张力传感器或上述的任何组合，或者是若干所述传感器的能力组合在至少一个多传感器中。
4.根据权利要求1或2所述的系统，包括处理器(3)，所述处理器(3)具有以下能力：收集来自所述至少一个传感器(2)的至少一个信号、对所述至少一个信号进行处理、选择性地对所述至少一个信号进行转换、并且将所述被处理的且被选择性转换的信号传送到所述触感显示(5)的信号转换器(4)。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述至少一个传感器(2)选择性地通过所述处理器(3)并通过至少一个电缆(7)与所述触感显示(5)电连接。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器(3)是气动设备、电动机械设备或电气设备。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述系统具有至少一个液压传感器(2)、至少一个液压导管以及至少一个液压信号转换器(4)。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述触感显示(5)的每个信号转换器(4)与一个特定传感器(2)在形貌构造上相互关联。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述触感显示(5)设置在所述身体肢端假体的外壳中。
10.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述支架由可弯曲的材料制成并且具有附装于身体肢端并从身体肢端拆下的功能。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述身体肢端假体是用于手臂或腿或其部分的假体。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述假体是前臂、手或手指假体。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述假体是下肢、脚或脚趾假体。
14.一种包括根据权利要求1所述的系统的手套，其中所述手套用在不具有感觉或部分不具有感觉的手、手臂或手指上。
15.一种包括根据权利要求1所述的系统的短袜，其中所述短袜用在不具有感觉或部分不具有感觉的脚、腿或脚趾上。
16.一种包括根据权利要求1-13中的任一项权利要求所述的系统的身体肢端假体。
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