相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本發(fā)明是于2015年2月12日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)no.62/115,495的非臨時(shí)專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)的內(nèi)容全部以引用的方式結(jié)合在本文中。
背景技術(shù)：
：：(1)發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種跌倒預(yù)防系統(tǒng)，并且具體地，涉及一種結(jié)合套裝和傳感器以通過使用者預(yù)測(cè)即將發(fā)生的跌倒并且發(fā)起從事預(yù)防這種跌倒的協(xié)議的系統(tǒng)。(2)相關(guān)技術(shù)的描述跌倒是導(dǎo)致現(xiàn)役軍人(參見所結(jié)合的參考文獻(xiàn)列表，第33號(hào)和第35號(hào)參考文獻(xiàn))以及老年人住院治療的重要原因。例如，每年有三分之一65歲以上的人將經(jīng)歷虛弱導(dǎo)致的跌倒，估計(jì)每年直接花費(fèi)在跌倒上的健康治療費(fèi)用超過300億美元(參見第8號(hào)參考文獻(xiàn))。負(fù)重(例如，背包重量)和疲勞增加跌倒事故的危險(xiǎn)(參見第24號(hào)和第25號(hào)參考文獻(xiàn))。為了減輕跌倒的風(fēng)險(xiǎn)，需要可操作以保護(hù)使用者免受與這種跌倒相關(guān)聯(lián)的損傷的系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)例如通過加速計(jì)檢測(cè)跌倒，并且使用堅(jiān)硬的承重外骨骼來停止跌倒。外骨骼的問題在于它們是不舒服的、笨重的和昂貴的。進(jìn)一步地，這種外骨骼是笨拙的并且如果它們耗盡電量，則會(huì)阻礙穿戴者的移動(dòng)性。利用這種笨重的、堅(jiān)硬的外骨骼，現(xiàn)有技術(shù)解決方法可能等待，直到跌倒發(fā)生為止，然后檢測(cè)跌倒并且使用該堅(jiān)硬的外骨骼來停止跌倒?，F(xiàn)有技術(shù)也受累于其感測(cè)能力。為了感測(cè)使用者的步態(tài)，僅可以將粗略的身體配置數(shù)據(jù)(諸如撞擊足部定時(shí))應(yīng)用于某種步態(tài)病理學(xué)(諸如足下垂)(參見第42號(hào)參考文獻(xiàn))。進(jìn)一步地，為了感測(cè)跌倒，在外骨骼中采用陀螺傳感器(參見第3號(hào)參考文獻(xiàn))(其進(jìn)行檢測(cè)，但不進(jìn)行預(yù)測(cè))。有時(shí)采用不可穿戴的視頻運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)(參見第44號(hào)參考文獻(xiàn))，其降低了這種系統(tǒng)的移動(dòng)性。其它系統(tǒng)采用不可靠的自我報(bào)告(參見第9號(hào)參考文獻(xiàn))，其僅可以檢測(cè)跌倒，但是不可以預(yù)測(cè)跌倒。進(jìn)一步地，這種系統(tǒng)不主動(dòng)監(jiān)視外部跌倒預(yù)測(cè)指標(biāo)，諸如絆倒的危險(xiǎn)(參見第2號(hào)參考文獻(xiàn))?，F(xiàn)有技術(shù)中存在關(guān)于推斷和預(yù)測(cè)生物力學(xué)狀態(tài)的能力的其它限制。例如，用于步態(tài)分析的一般生物力學(xué)模型不大可能捕獲從高的、肌肉發(fā)達(dá)的軍人到矮的老年患者的慣性屬性的范圍。針對(duì)肌肉骨骼動(dòng)力學(xué)模擬推斷出肌肉激活的現(xiàn)有技術(shù)分別是opensim(參見第7號(hào)參考文獻(xiàn))和cmc(參見第38號(hào)和第39號(hào)參考文獻(xiàn))。盡管精確，但是這些模型在計(jì)算上太密集以至于不能在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行(參見第34號(hào)和第31號(hào)參考文獻(xiàn))。現(xiàn)有控制軟件也受到各種限制。例如，迄今為止，僅僅已經(jīng)針對(duì)姿勢(shì)穩(wěn)定性研究了對(duì)動(dòng)搖的人反應(yīng)的正演模型(參見第18號(hào)、第19號(hào)和第21號(hào)參考文獻(xiàn))。另外，基于優(yōu)化算法的傳統(tǒng)關(guān)節(jié)力矩控制方法(參見第15號(hào)和第16號(hào)參考文獻(xiàn))在計(jì)算上太密集以至于不能在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行。進(jìn)一步地，用于行走的領(lǐng)先的基于動(dòng)量的方法包括捕獲點(diǎn)方法(參見第23號(hào)參考文獻(xiàn))，并且當(dāng)可用立足點(diǎn)受到限制時(shí)，立足點(diǎn)放置控制(參見第26號(hào)參考文獻(xiàn))可能是有問題的。用于現(xiàn)有系統(tǒng)的致動(dòng)器也受到限制。外骨骼通常是重的且耗電的，并且在處于非輔助模式下時(shí)阻礙移動(dòng)。進(jìn)一步地，雖然已經(jīng)使用了前庭電刺激(gvs)來增強(qiáng)姿勢(shì)平衡控制(參見第32號(hào)參考文獻(xiàn))，但是在綜合方法中還未采用其來控制肌肉刺激。相反，現(xiàn)有技術(shù)使用刺激肌肉激活的功能性電刺激(fes)；然而，僅僅將fes施加至一個(gè)或者兩個(gè)位置，從而將其適用性限制到某種步態(tài)病理學(xué)(諸如足下垂)(如例如在第42號(hào)參考文獻(xiàn)中所描述的)。最后，對(duì)跌倒預(yù)防的訓(xùn)練通常使用鍛煉游戲(參見第41號(hào)參考文獻(xiàn))，這種訓(xùn)練是預(yù)防性的而非預(yù)測(cè)性的。因此，持續(xù)需要一種跌倒預(yù)防系統(tǒng)，該跌倒預(yù)防系統(tǒng)在仍然可操作用于通過使用者預(yù)測(cè)即將發(fā)生的跌倒并且發(fā)起參與預(yù)防這種跌倒的協(xié)議的同時(shí)是敏捷的(具有低功率和輕重量)并且可以易于使用者穿戴。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明描述了一種用于步態(tài)干預(yù)和跌倒預(yù)防的系統(tǒng)。在各個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)包括連體套裝，該連體套裝具有多個(gè)分布式傳感器和前庭-肌肉biostim陣列(vestibulo-muscularbiostimarray)。分析模塊與連體套裝和傳感器連接。分析模塊可操作以用于接收傳感器數(shù)據(jù)，并且基于該傳感器數(shù)據(jù)來分析特定使用者的步態(tài)并且預(yù)測(cè)跌倒。閉環(huán)biostim控制模塊還包括在系統(tǒng)中，并且按照期望與套裝連接。閉環(huán)biostim控制模塊可操作以用于激活所述前庭-肌肉biostim陣列以補(bǔ)償預(yù)測(cè)跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。在另一方面中，前庭-肌肉biostim陣列包括多部位前庭電刺激(gvs)執(zhí)行器，該gvs執(zhí)行器靠近套裝的頭部，因此，gvs執(zhí)行器可操作以用于增強(qiáng)使用者的前庭感覺。在又一方面中，前庭-肌肉biostim陣列還包括功能性電刺激(fes)執(zhí)行器，該fes執(zhí)行器定位成靠近套裝的腿部，因此，fes執(zhí)行器可操作以用于刺激使用者的肌肉以產(chǎn)生對(duì)使用者的關(guān)節(jié)力矩的直接控制。另外，閉環(huán)biostim控制模塊包括biostim控制器，該biostim控制器在閉環(huán)控制中將力矩和平衡調(diào)節(jié)施加至前庭-肌肉biostim陣列的gvs執(zhí)行器的fes執(zhí)行器，在閉環(huán)控制中，施加力矩和平衡調(diào)節(jié)，直到達(dá)到補(bǔ)償效果為止。進(jìn)一步地，連體套裝是由彈性布料制成的共形連體套裝，其中，前庭-肌肉biostim陣列與連體套裝連接，使得在穿戴連體套裝時(shí)將前庭-肌肉biostim陣列的執(zhí)行器被定位成抵靠使用者的身體。在另一方面中，多個(gè)分布式傳感器選自由肌電(emg)傳感器、慣性測(cè)量單元(imu)傳感器和地面反作用力(grf)傳感器組成的組。另外，在各個(gè)實(shí)施方式中，至少一些傳感器可操作以用于將生物傳感器數(shù)據(jù)提供至分析模塊。分析模塊包括肌肉骨骼模型、步態(tài)分析模塊和跌倒預(yù)測(cè)模塊。步態(tài)分析模塊基于生物傳感器數(shù)據(jù)來更新肌肉骨骼模型并且分析特定使用者的步態(tài)。進(jìn)一步地，跌倒預(yù)測(cè)模塊提前運(yùn)行更新的肌肉骨骼模型以確定跌倒風(fēng)險(xiǎn)是否增高。在又一方面中，閉環(huán)biostim控制模塊包括平衡控制器，該平衡控制器確定補(bǔ)償預(yù)測(cè)跌倒的風(fēng)險(xiǎn)所要求的關(guān)節(jié)力矩和前庭平衡調(diào)節(jié)。在另一方面中，前庭-肌肉biostim陣列包括觸覺執(zhí)行器，該觸覺執(zhí)行器靠近套裝的腰部，因此觸覺執(zhí)行器可操作以用于警告使用者預(yù)測(cè)的跌倒。最后并且如上所提到的，本發(fā)明還包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)可讀指令，該計(jì)算機(jī)可讀指令存儲(chǔ)在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，該計(jì)算機(jī)可讀指令可由具有一個(gè)或者多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)執(zhí)行，使得在執(zhí)行該指令時(shí)，使得一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行本文所列出的操作?？商娲?，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法包括使計(jì)算機(jī)執(zhí)行這種指令并且執(zhí)行所得到的操作的動(dòng)作。附圖說明結(jié)合對(duì)以下附圖的參考，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過本發(fā)明的各個(gè)方面的以下詳細(xì)描述變得顯而易見，在附圖中，圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的組件的框圖；圖2是具體實(shí)現(xiàn)為本發(fā)明的一方面的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的圖示；圖3是示出了結(jié)合到軟套裝并且由使用者穿戴的根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的圖示；圖4是示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的模塊的高級(jí)系統(tǒng)示意圖；圖5a是集成主要子系統(tǒng)以執(zhí)行感測(cè)、處理和致動(dòng)的軟套裝的圖示；圖5b是提供了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的適用于結(jié)合到重量輕且功率低的軟套裝的各個(gè)組件的示例的表格；圖5c是提供了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的適用于結(jié)合到重量輕且功率低的軟套裝的各個(gè)組件的示例的表格；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的處理流程和模塊的示意圖；圖7示出了用于將肌肉骨骼模型個(gè)性化的示例測(cè)試過程；圖8是示出了通過拮抗肌的肌肉活動(dòng)識(shí)別出的正確步態(tài)的誤差，拮抗肌開始展示疲勞期間的共激活的標(biāo)記并且通過刺激肌肉以改善激活放電模式而被校正；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的閉環(huán)biostim控制模塊的高級(jí)控制系統(tǒng)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及一種跌倒預(yù)防系統(tǒng)，并且具體地，涉及一種結(jié)合套裝和傳感器以通過使用者預(yù)測(cè)即將發(fā)生的跌倒并且發(fā)起參與預(yù)防這種跌倒的協(xié)議的系統(tǒng)。呈現(xiàn)以下描述以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制造并使用本發(fā)明，并且在特定應(yīng)用的背景下將以下描述結(jié)合于其中。各種修改以及不同應(yīng)用中的各種用途對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得顯而易見，并且本文所限定的一般原理可以應(yīng)用于許多方面。因此，本發(fā)明并不旨在受限于所呈現(xiàn)的方面，而是應(yīng)符合與本文所描述的原理和新穎特征相一致的最廣范圍。在下面的詳細(xì)描述中，闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便提供本發(fā)明的更透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以實(shí)施本發(fā)明而沒有必要限于這些具體細(xì)節(jié)是顯而易見的。在其它實(shí)例中，為了避免模糊本發(fā)明，公知的結(jié)構(gòu)和裝置以框圖的形式被示出，而非詳細(xì)示出。讀者的注意力致力于與本說明書同時(shí)提交并且和本說明書開放給公眾查閱的所有論文和文獻(xiàn)，所有這樣的論文和文獻(xiàn)的內(nèi)容以引用的方式結(jié)合在本文中。除非有明確說明，否則本說明書公開的所有特征(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)可以由用于相同、等同或者類似目的的替代特征來代替。因此，除非有明確說明，否則公開的每個(gè)特征僅僅是通用系列的等同或者類似特征的一個(gè)示例。此外，如在35u.s.c.第112條第6款中規(guī)定的，沒有明確說明用于執(zhí)行特定功能的“裝置”或者用于執(zhí)行特定功能的“步驟”的權(quán)利要求中的任何元素不應(yīng)該被理解為“裝置”或者“步驟”條款。具體地，本文權(quán)利要求中使用“步驟”或者“動(dòng)作”并不意味著調(diào)用35u.s.c.第112條第6款的規(guī)定。在詳細(xì)描述本發(fā)明之前，首先提供引用的參考文獻(xiàn)的列表。接下來，提供對(duì)本發(fā)明的多個(gè)主要方面的描述。隨后，簡(jiǎn)介向讀者提供本發(fā)明的一般理解。最后，提供本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的具體細(xì)節(jié)以便給出對(duì)特定方面的理解。(1)所結(jié)合的參考文獻(xiàn)的列表下面的參考文獻(xiàn)在本申請(qǐng)中自始至終被引用。為了清楚和方便起見，參考文獻(xiàn)在本文中被列出作為讀者的中心資源。因此，以下參考文獻(xiàn)通過引用的方式結(jié)合在本文中，如同在本文中完全闡述一樣。參考文獻(xiàn)在本申請(qǐng)中通過參考以下相應(yīng)參考文獻(xiàn)編號(hào)來引用：1.l.r.bent,b.j.mcfadyen,v.frenchmerkley,p.m.kennedy,andj.t.inglis.magnitudeeffectsofgalvanicvestibularstimulationonthetrajectoryofhumangait.neuroscienceletters,279(3):157–160,2000.2.c.boelens,e.e.g.hekman,andg.j.verkerke.riskfactorsforfallsofoldercitizens.technologyandhealthcare,pages1–13,2013.doi:10.3233/thc-130748.urlhttp://iospress.metapress.com/content/9180l23khl7486r0.3.a.k.bourkeandg.m.lyons.athreshold-basedfall-detectionalgorithmusingabi-axialgyroscopesensor.medicalengineering&physics,30(1):84–90,2008.4.v.desapio.anapproachforgoal-orientedneuromuscularcontrolofdigitalhumansinphysics-basedsimulations.internationaljournalinhumanfactorsmodelingandsimulation,4(2):121–144,2014.5.v.desapio,j.warren,o.khatib,ands.delp.simulatingthetask-levelcontrolofhumanmotion:amethodologyandframeworkforimplementation.thevisualcomputer,21(5):289–302,2005.6.v.desapio,j.warren,ando.khatib.predictingreachingposturesusingakinematicallyconstrainedshouldermodel.inadvancesinrobotkinematics,pages209–218.springer,2006.7.s.l.delp,f.c.anderson,a.s.arnold,p.loan,a.habib,c.t.john,e.guendelman,andd.g.thelen.opensim:open-sourcesoftwaretocreateandanalyzedynamicsimulationsofmovement.ieeetransactionsonbiomedicalengineering,54(11):1940–1950,2007.8.f.englander,t.j.hodson,andr.a.terregrossa.economicdimensionsofslipandfallinjuries.journalofforensicsciences,41(5):733–746,1996.9.j.flemingandc.brayne.inabilitytogetupafterfalling,subsequenttimeonfloor,andsummoninghelp:prospectivecohortstudyinpeopleover90.bmj:britishmedicaljournal,337,2008.10.h.geyerandh.herr.amuscle-reflexmodelthatencodesprinciplesofleggedmechanicsproduceshumanwalkingdynamicsandmuscleactivities.ieeetransactionsonneuralsystemsandrehabilitationengineering,18(3):263–273,2010.11.m.giftthalerandk.byl.increasedrobustnessofhumanoidstandingbalanceinthesagittalplanethroughadaptivejointtorquereduction.inproceedingsofthe2013ieeeinternationalconferenceonintelligentrobotsandsystems,2013.12.m.h.granat,a.c.b.ferguson,b.j.andrews,andm.delargy.theroleoffunctionalelectricalstimulationintherehabilitationofpatientswithincompletespinalcordinjury-observedbenefitsduringgaitstudies.spinalcord,31(4):207–215,1993.13.e.e.hanssonandm.magnusson.vestibularasymmetrypredictsfallsamongelderlypatientswithmulti-sensorydizziness.bmcgeriatrics,13(1):77,2013.14.b.kleinerandd.cesmeci.d8.4-foresightedcontrolofactivefootprostheses.proceedingssensor2011,pages669–672,2011.15.a.d.kuo.anoptimalcontrolmodelforanalyzinghumanposturalbalance.ieeetransactionsonbiomedicalengineering,42(1):87–101,1995.16.c.liuandc.g.atkeson.standingbalancecontrolusingatrajectorylibrary.inproceedingsofthe2009ieee/rsjinternationalconferenceonintelligentrobotsandsystems,pages3031–3036.ieee,2009.17.m.ands.hesse.restorationofgaitbyfunctionalelectricalstimulationinparaplegicpatients:amodifiedprogrammeoftreatment.spinalcord,33(3):126–131,1995.18.m.mansouriandj.a.reinbolt.aplatformfordynamicsimulationandcontrolofmovementbasedonopensimandmatlab.journalofbiomechanics,45(8):1517–1521,2012.19.k.miller.feedbackforthebrainandbody:anewfreelyavailableinterfacebetweenmatlabandopensim.biomedicalcomputationreview,summer:3–4,2012.20.a.muraiandk.yamane.aneuromuscularlocomotioncontrollerthatrealizeshuman-likeresponsestounexpecteddisturbances.in2011ieeeinternationalconferenceroboticsandautomation,pages1997–2002.ieee,2011.21.s.piazza,m.mansouri,d.torricelli,j.a.reinbolt,andj.l.pons.abiomechanicalmodelforthevalidationofmodularcontrolinbalance.inconvergingclinicalandengineeringresearchonneurorehabilitation,pages815–819.springer,2013.22.j.piovanandk.byl.reachability-basedcontrolfortheactiveslipmodel.internationaljournalofroboticsresearch,pagesubmitted,2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í)行時(shí)，指令使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100執(zhí)行特定動(dòng)作并且呈現(xiàn)特定行為，如在此所描述的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以包括配置為傳輸信息的地址/數(shù)據(jù)總線102。另外，一個(gè)或者更多個(gè)數(shù)據(jù)處理單元(諸如，處理器104(或者多個(gè)處理器))與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接。處理器104被配置為處理信息和指令。在一個(gè)方面中，處理器104是微處理器?？商娲?，處理器104可以是不同類型的處理器，諸如，并行處理器或者現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100被配置為利用一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以包括與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接的易失性存儲(chǔ)器單元106(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“ram”)、靜態(tài)ram、動(dòng)態(tài)ram等)，其中，易失性存儲(chǔ)器單元106被配置為存儲(chǔ)用于處理器104的信息和指令。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接的非易失性存儲(chǔ)器單元108(例如，只讀存儲(chǔ)器(“rom”)、可編程rom(“prom”)、可擦除可編程rom(“eprom”)、電可擦除可編程rom(“eeprom”)閃存等)，其中，非易失性存儲(chǔ)器單元108被配置為存儲(chǔ)用于處理器104的靜態(tài)信息和指令?？商娲?，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以諸如在“云”計(jì)算中執(zhí)行從在線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元檢索到的指令。在一個(gè)方面中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100還可以包括與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接的一個(gè)或者更多個(gè)接口(諸如，接口110)。一個(gè)或者更多個(gè)接口被配置為使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100能夠與其它電子裝置和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)接。由一個(gè)或者更多個(gè)接口實(shí)現(xiàn)的通信接口可以包括有線(例如，串行線纜、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)適配器等)和/或無線(例如，無線調(diào)制解調(diào)器、無線網(wǎng)絡(luò)適配器等)通信技術(shù)。在一個(gè)方面中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以包括與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接的輸入裝置112，其中，輸入裝置112被配置為將信息和命令選擇傳輸至處理器100。根據(jù)一個(gè)方面，輸入裝置112是可以包括字母數(shù)字和/或功能鍵的字母數(shù)字輸入裝置(諸如，鍵盤)?？商娲兀斎胙b置112可以是輸入裝置，而不是字母數(shù)字輸入裝置(或者除了字母數(shù)字輸入裝置之外)，諸如，任何合適的輸入裝置，諸如，用于語音開始的麥克風(fēng)和/或傳感器套件。在一個(gè)方面中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以包括與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接的光標(biāo)控制裝置114，其中，光標(biāo)控制裝置114被配置為將使用者輸入信息和/或命令選擇傳輸至處理器100。在一個(gè)方面中，通過使用諸如鼠標(biāo)、跟蹤球、跟蹤墊、光學(xué)跟蹤裝置或者觸摸屏等裝置來實(shí)現(xiàn)光標(biāo)控制裝置114。盡管前述如此，在一個(gè)方面中，諸如響應(yīng)于與輸入裝置112相關(guān)聯(lián)的特定鍵和鍵序列命令的使用，經(jīng)由來自輸入裝置112的輸入來指導(dǎo)和/或激活光標(biāo)控制裝置114。在一個(gè)替代方面中，光標(biāo)控制裝置114被配置為通過語音命令被指導(dǎo)或者引導(dǎo)。在一個(gè)方面中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接的一個(gè)或者更多個(gè)可選的計(jì)算機(jī)可用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(諸如，存儲(chǔ)裝置116)。存儲(chǔ)裝置116被配置為存儲(chǔ)信息和/或計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。在一個(gè)方面中，存儲(chǔ)裝置116是諸如磁盤或者光盤驅(qū)動(dòng)器(例如，硬盤驅(qū)動(dòng)器(“hdd”)、軟盤、光盤只讀存儲(chǔ)器(“cd-rom”)、數(shù)字多功能盤(“dvd”))等的存儲(chǔ)裝置。按照一個(gè)方面，顯示裝置118與地址/數(shù)據(jù)總線102聯(lián)接，其中，顯示裝置118被配置為顯示視頻和/或圖形。在一個(gè)方面中，顯示裝置118可以包括陰極射線管(“crt”)、液晶顯示器(“l(fā)cd”)、場(chǎng)發(fā)射顯示器(“fed”)、等離子體顯示器、或者適用于顯示使用者可識(shí)別的視頻和/或圖形圖像和字母數(shù)字字符的任何其它顯示裝置。本文所呈現(xiàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100是根據(jù)一個(gè)方面的示例計(jì)算環(huán)境。然而，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的非限制性示例不嚴(yán)格限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，一方面提供了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100表示可以根據(jù)本文所描述的各個(gè)方面使用的一種類型的數(shù)據(jù)處理分析。此外，也可以實(shí)現(xiàn)其它計(jì)算系統(tǒng)。事實(shí)上，本技術(shù)的精神和范圍不限于任何單一數(shù)據(jù)處理環(huán)境。因此，在一個(gè)方面中，本技術(shù)的多個(gè)方面的一個(gè)或者更多個(gè)操作通過使用由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令(諸如，程序模塊)來控制或者實(shí)現(xiàn)。在一種實(shí)現(xiàn)中，這種程序模塊包括被配置為執(zhí)行特定任務(wù)或者實(shí)現(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對(duì)象、組件和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，一個(gè)方面提供了本技術(shù)的一個(gè)或者更多個(gè)方面通過利用一個(gè)或者更多個(gè)分布式環(huán)境來實(shí)現(xiàn)，諸如，在任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置來執(zhí)行的情況下，或者諸如在各個(gè)程序模塊位于包括存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置的本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)二者中的情況下。圖2中示出了具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)方面的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品(即，存儲(chǔ)裝置)的說明性示意圖。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被描述為軟盤200或者諸如cd或者dvd等的光盤202。然而，如前所述，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品通常表示存儲(chǔ)在任何可兼容的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀指令。針對(duì)本發(fā)明使用的術(shù)語“指令”通常指示要在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的一組操作，并且可以表示整個(gè)程序的多個(gè)片段或者單獨(dú)的、可分離的軟件模塊?！爸噶睢钡姆窍拗菩允纠ㄓ?jì)算機(jī)程序代碼(源代碼或者目標(biāo)代碼)和“硬編碼的”電子器件(即，編碼到計(jì)算機(jī)芯片中的計(jì)算機(jī)操作)。“指令”被存儲(chǔ)在任何非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，諸如，被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中或者被存儲(chǔ)在軟盤、cd-rom和閃存驅(qū)動(dòng)器上。在上述任何一種情況下，指令被編碼在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。(3)介紹本公開提供了一種在預(yù)測(cè)和預(yù)防跌倒的同時(shí)增強(qiáng)步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)的新方法。如圖3所示，利用整合到軟的、有彈性的全身套裝302中的重量輕的分布式傳感器300(例如，多于一百個(gè)傳感器)，系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)由外在因素(環(huán)境因素)304(比如絆倒)和內(nèi)在因素(生理因素)(諸如平衡和協(xié)調(diào))造成的即將發(fā)生的跌倒。這些因素中的主要因素是平衡(包括頭暈/眩暈)、肌肉協(xié)調(diào)、和力氣。如果預(yù)測(cè)的跌倒發(fā)生，則整合的觸覺警告使用者有意識(shí)地參與預(yù)防跌倒。同時(shí)，本發(fā)明利用以協(xié)同方式增強(qiáng)肌肉激活并且使平衡感最優(yōu)化的執(zhí)行器306的互補(bǔ)融合來主動(dòng)地校正肌肉不平衡，使步態(tài)穩(wěn)定，并且減輕跌倒的風(fēng)險(xiǎn)，其中，本發(fā)明的控制系統(tǒng)指導(dǎo)觸覺和電刺激的校正模式。該系統(tǒng)監(jiān)控緊密反饋環(huán)路中的結(jié)果，以實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)?？刂萍∪饧せ畹墓δ苄噪姶碳?fes)和控制平衡的前庭電刺激(gvs)的協(xié)調(diào)是本公開所提供的新的且唯一的概念。現(xiàn)有技術(shù)例如通過加速計(jì)檢測(cè)跌倒，并且使用堅(jiān)硬的承重外骨骼來停止跌倒?？商娲兀疚乃枋龅南到y(tǒng)被設(shè)計(jì)為重量輕的、低功率、軟的共形套裝。由于外骨骼是令人不舒適的、昂貴的并且在耗盡電量時(shí)會(huì)阻礙穿戴者的移動(dòng)性，這就會(huì)使其背離現(xiàn)有技術(shù)。利用這種笨重的、堅(jiān)硬的外骨骼，現(xiàn)有技術(shù)解決方案可能等待，直到跌倒發(fā)生為止，然后檢測(cè)跌倒并且使用該堅(jiān)硬的外骨骼來停止跌倒。本文所描述的系統(tǒng)使用準(zhǔn)確的早期預(yù)測(cè)，不檢測(cè)，并且使用早期減輕以通過肌肉的功能性電刺激(fes)以及控制平衡的前庭電刺激來幫助矯正步態(tài)。為了可完全有效地并且符合人體工程學(xué)地穿戴，環(huán)境和生理感覺和電致動(dòng)必須是靈活的，并且具有小尺寸、輕重量和低功率，由此，本文所描述的方法隨著現(xiàn)有外骨骼的狀態(tài)而不斷改進(jìn)。可以提供該系統(tǒng)作為可用于頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員或者由年長(zhǎng)者、軍人或者有跌倒風(fēng)險(xiǎn)的其它人的高價(jià)個(gè)性化物理治療的陪伴物或者替代。(4)各個(gè)實(shí)施方式的具體細(xì)節(jié)如上所述，本公開提供了一種用于輔助步態(tài)干預(yù)和跌倒預(yù)防的系統(tǒng)。圖4提供了描繪系統(tǒng)的各個(gè)組件的說明性流程圖。例如，本文所描述的系統(tǒng)包括軟套裝302。該軟套裝302是柔軟的并且重量輕的(例如，小于四千克)服裝或者衣服制品(例如，連體套裝、外套、馬甲、褲子等)。軟套裝302結(jié)合多個(gè)分布式傳感器300和前庭-肌肉biostim陣列400。傳感器300將生物傳感器數(shù)據(jù)401和環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)403提供至軟件分析模塊402。軟件分析模塊402在嵌入式處理器(或者無線連接的遠(yuǎn)程處理器)上運(yùn)行，以通過使用在基于實(shí)時(shí)物理學(xué)的模擬器上運(yùn)行的肌肉骨骼模型414來分析步態(tài)(經(jīng)由步態(tài)分析模塊404)并且預(yù)測(cè)跌倒(經(jīng)由跌倒預(yù)測(cè)模塊406)。肌肉骨骼模型414被離線個(gè)性化并且被結(jié)合到分析模塊402中。將步態(tài)狀態(tài)405和跌倒警告407(即，如果預(yù)測(cè)到跌倒)兩者提供至閉環(huán)biostim控制模塊408。該閉環(huán)biostim控制模塊408包括biostim控制器412和計(jì)算補(bǔ)償?shù)癸L(fēng)險(xiǎn)所需的關(guān)節(jié)力矩的關(guān)節(jié)力矩控制器410，并且將閉環(huán)控制信號(hào)(即，生物刺激致動(dòng)416)發(fā)送至前庭-肌肉biostim陣列400。前庭-肌肉biostim陣列400包括軟套裝302中的執(zhí)行器306，該執(zhí)行器306被激活以提供步態(tài)增強(qiáng)和跌倒預(yù)防。如圖5a的套裝系統(tǒng)架構(gòu)示意圖中所示的，利用嵌入式處理500和套裝302的板上電源，軟套裝302系統(tǒng)結(jié)合位于頭部、身體和腳的多個(gè)分布式傳感器300和執(zhí)行器306。這種分布式傳感器的非限制性示例包括肌電(emg)傳感器、慣性測(cè)量單元(imu)傳感器和地面反作用力(grf)傳感器。進(jìn)一步地，這種執(zhí)行器的非限制性示例包括功能性電刺激(fes)執(zhí)行器、前庭電刺激(gvs)執(zhí)行器和觸覺刺激器。針對(duì)另外的具體示例，圖5b和圖5c提供了描述適用于結(jié)合到本文所描述的重量輕并且功率低的軟套裝中的各個(gè)組件的非限制性示例的表格。為了進(jìn)一步理解，圖6圖示了處理前端處理器600上的傳感器300輸入和通過在后端處理器602上實(shí)現(xiàn)的控制軟件(通過分析模塊402和閉環(huán)biostim控制模塊408)產(chǎn)生生物刺激致動(dòng)416所必須的模塊以及基本連接。imu、emg和grf傳感器是構(gòu)成將生物力學(xué)狀態(tài)提供至分析模塊402的人造前庭和本體感覺系統(tǒng)的示例傳感器300。imu檢測(cè)慣性特征、關(guān)節(jié)和肢體運(yùn)動(dòng)學(xué)、emg檢測(cè)肌肉用力、以及grf檢測(cè)腳放置期間的壓力中心和地面反作用力。將生物刺激致動(dòng)416提供至執(zhí)行器306，該執(zhí)行器306提供生物刺激陣列。執(zhí)行器306被實(shí)現(xiàn)為前庭-肌肉biostim陣列，該前庭-肌肉biostim陣列影響三種類型的生物刺激。腰部的觸感執(zhí)行器將警告使用者即將發(fā)生的跌倒。這種觸感(觸覺)執(zhí)行器的非限制性示例包括在“activebelt:belt-typewearabletactiledisplayfordirectionalnavigation”(參見第40號(hào)參考文獻(xiàn))中所公開的執(zhí)行器。功能性電刺激(fes)執(zhí)行器刺激肌肉以產(chǎn)生對(duì)使用者的關(guān)節(jié)力矩的直接控制。多部位前庭電刺激(gvs)執(zhí)行器增強(qiáng)使用者的前庭感覺以增加姿勢(shì)穩(wěn)定性、保持平衡并且抑制肌肉震顫。4電極gvs系統(tǒng)增強(qiáng)使用者的平衡性以將前庭感知與從慣性傳感器獲得的使用者的運(yùn)動(dòng)和位置的3自由度旋轉(zhuǎn)軸線匹配。該系統(tǒng)可以減輕通常被視為是老年人跌倒的主要原因的前庭感覺損失(參見例如第13號(hào)參考文獻(xiàn))。如上所述，套裝的前庭-肌肉biostim陣列執(zhí)行器由兩個(gè)關(guān)鍵軟件模塊(分析模塊402和閉環(huán)biostim控制模塊408)控制?？刂菩盘?hào)輸出基于記錄使用者的步態(tài)、平衡性和肌肉協(xié)調(diào)的傳感器輸入并且來自使用個(gè)性化肌肉骨骼模型的預(yù)測(cè)穩(wěn)定性。離線調(diào)諧一般肌肉骨骼模型以提供準(zhǔn)確的個(gè)體特定狀態(tài)估計(jì)和預(yù)測(cè)，生成供分析模塊402和控制模塊408在線使用的數(shù)據(jù)集。圖6中示出了離線個(gè)性化模塊604。基于個(gè)體上的生理測(cè)試結(jié)果，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化608確定與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的動(dòng)作最匹配的模型運(yùn)動(dòng)學(xué)。然后，逆動(dòng)力學(xué)610確定表示實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的誤差(例如，運(yùn)動(dòng)和地面反作用力)、動(dòng)力學(xué)、以及模型參數(shù)(例如，身體部位長(zhǎng)度、體重等)的殘余力和力矩(例如，使運(yùn)動(dòng)方程平衡所必須的附加廣義力)。在總體重和高度與體檢值匹配的約束下，通過調(diào)整設(shè)計(jì)變量來最小化這些殘余力和力矩，設(shè)計(jì)變量包括身體部位長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)定義、和身體部位的慣性。為了調(diào)節(jié)肌肉強(qiáng)度參數(shù)(例如，最大等速力量等)，個(gè)體執(zhí)行一組等速力量測(cè)試(圖7中示出了該等速力量的示例，諸如，膝彎曲/伸直等)，并且在刺激606(例如，opensim)中通過使用利用上述個(gè)體特定慣性更新的肌肉骨架模型來復(fù)制各個(gè)測(cè)試條件。使用測(cè)試程序?qū)∪夤趋滥Ｐ瓦M(jìn)行個(gè)性化，以便其隨后可以準(zhǔn)確地判斷與最佳性能的偏差。所計(jì)算的肌肉控制(cmc)模塊612然后將生成肌肉激活模式，該肌肉激活模式在對(duì)抗與該測(cè)試條件的等速力量測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的力/力矩?cái)?shù)據(jù)的同時(shí)維持等速測(cè)試姿勢(shì)。于2014年9月30日提交的標(biāo)題為“methodandsystemfortuningamusculoskeletalmodel”的美國專利申請(qǐng)no.14/502,478中描述了該程序，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式結(jié)合在本文中，如同在本文中充分闡述一樣。調(diào)整肌肉的最大等速力，然后運(yùn)行cmc612，直到最大等速力與個(gè)體的實(shí)驗(yàn)力量數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)為止。如上所述，分析模塊402分別使用步態(tài)分析模塊404和跌倒預(yù)防模塊406來執(zhí)行步態(tài)分析并且預(yù)測(cè)跌倒。關(guān)于步態(tài)分析，分析模塊402必須在實(shí)時(shí)環(huán)境中運(yùn)行；因此，通過使用對(duì)肌肉的簡(jiǎn)化假設(shè)來采用opensim的類似cmc的控制算法(參見例如第5號(hào)、第29號(hào)和第30號(hào)參考文獻(xiàn))。通過使用堅(jiān)硬肌腱假設(shè)來執(zhí)行對(duì)肌肉的cmc控制的探索性研究，以將執(zhí)行cmc計(jì)算的速度極大地增加至用于視頻游戲的物理引擎的實(shí)時(shí)性能水平。假設(shè)堅(jiān)硬肌腱和瞬時(shí)激活動(dòng)態(tài)學(xué)消除了與傳統(tǒng)hill型模型相關(guān)聯(lián)的一階微分方程。此外，該方法的快速逆動(dòng)力學(xué)可以直接從運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)和狀態(tài)導(dǎo)數(shù)估計(jì)肌肉激活和力(參見第4號(hào)參考文獻(xiàn))。例如并且如圖8所示，步態(tài)分析404利用emg傳感器(其生成相關(guān)emg模式800)來評(píng)估肌肉激活模式隨著時(shí)間803的變化，其可能造成跌倒。作為非限制性示例，將針對(duì)指示老年人經(jīng)常發(fā)生的疲勞或者拮抗肌的共激活801的模式來監(jiān)控肌肉之間的協(xié)調(diào)。具體地，emg中間功率頻率隨著時(shí)間降低與疲勞相關(guān)聯(lián)。這種降低可以通過處理原始emg信號(hào)來檢測(cè)，并且疲勞閾值可以使用該度量來設(shè)置。指示疲勞的另一個(gè)度量是關(guān)節(jié)角度可變性，該關(guān)節(jié)角度可變性可以通過處理imu信號(hào)來檢測(cè)。拮抗肌的共激活類似地可以通過跟蹤emg上的肌肉的激動(dòng)-拮抗劑對(duì)并且識(shí)別emg信號(hào)中的同相模式來檢測(cè)。通過估計(jì)什么水平加速給定個(gè)人的跌倒，可以利用該系統(tǒng)在訓(xùn)練階段期間建立這些度量的精確閾值。由在疲勞期間開始展示共激活801的標(biāo)記的拮抗肌的肌肉活動(dòng)識(shí)別的正確步態(tài)的誤差觸發(fā)校正/刺激協(xié)議802以通過刺激肌肉(例如，fes刺激804)來校正步態(tài)，從而改進(jìn)激活放電模式。換言之，當(dāng)模型識(shí)別出與針對(duì)個(gè)人800建立的閾值相關(guān)聯(lián)的emg(以及imu)模式中的異常時(shí)，閉環(huán)biostim控制模塊將確定恢復(fù)正常肌肉激活模式的刺激協(xié)議802。下面關(guān)于圖9進(jìn)一步詳細(xì)描述用于閉環(huán)biostim的控制協(xié)議?？梢员患せ畹氖纠约∪饪梢园▊€(gè)體或者人的臀部、大腿、膝蓋、小腿和/或腳中的數(shù)對(duì)肌肉群。除了步態(tài)分析之外，通過在反射控制下對(duì)下肢肌肉建模來執(zhí)行低水平姿勢(shì)穩(wěn)定性和跌倒預(yù)測(cè)分析。跌倒預(yù)測(cè)模塊提前運(yùn)行更新后的肌肉骨骼模型以查看跌倒風(fēng)險(xiǎn)是否增高。一個(gè)實(shí)施方式改編第10號(hào)和第20號(hào)參考文獻(xiàn)中展示的牽張反射控制器。該牽張反射控制器取決于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制參數(shù)以及通用反射增益，并且用于管理對(duì)姿勢(shì)干擾的肌肉響應(yīng)。通用反射增益調(diào)整牽張反射的敏感度，并且結(jié)合有長(zhǎng)度和速度控制參數(shù)以限定隨著時(shí)間的各種肌肉激發(fā)。如上所述，閉環(huán)biostim控制模塊408包括兩個(gè)子模塊：biostim控制器412和關(guān)節(jié)力矩控制器410(即，實(shí)時(shí)輔助平衡控制(rtabc)或者平衡控制器)。關(guān)節(jié)力矩控制器410(也被稱為平衡控制)涉及生成補(bǔ)償以主動(dòng)增強(qiáng)步態(tài)，防止跌倒，并且通過控制多個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力矩來恢復(fù)個(gè)體的姿勢(shì)穩(wěn)定性?？紤]到所要求的補(bǔ)償，biostim控制器412計(jì)劃并且指導(dǎo)將由套裝中的前庭-肌肉biostim陣列應(yīng)用的對(duì)觸覺、前庭系統(tǒng)和肌肉的生物刺激的模式。關(guān)節(jié)力矩控制器410在雙足系統(tǒng)的基于力矩的控制下利用現(xiàn)有技術(shù)(參見第10號(hào)、第47號(hào)和第54號(hào)參考文獻(xiàn))。為了將基于力矩的控制輸入轉(zhuǎn)換為fes模式，系統(tǒng)使用fes來調(diào)用基于肌電的閉環(huán)力矩控制(參見例如第43號(hào)參考文獻(xiàn))。通過使用個(gè)體在步態(tài)周期期間的關(guān)節(jié)力矩的估計(jì)、(基于感測(cè)到的數(shù)據(jù)和由步態(tài)分析子系統(tǒng)執(zhí)行的逆動(dòng)力學(xué))、以及emg，采用力矩控制反饋環(huán)路來生成fes輸入以實(shí)現(xiàn)期望互補(bǔ)關(guān)節(jié)力矩。除了fes之外，還將互補(bǔ)刺激輸入gvs整合以使用除了肌肉骨骼輸入之外的前庭覺來主動(dòng)穩(wěn)定個(gè)體。參見圖6的相關(guān)連接的概念圖。為了進(jìn)一步理解，圖9描繪了閉環(huán)biostim控制模塊的高級(jí)控制系統(tǒng)。示意圖示出了使用gvs控制器900(以激活gvs)的協(xié)調(diào)平衡和使用fes控制器902(以激活fes)的肌肉激活。在圖9所描繪的實(shí)施方式中，平衡性由并行運(yùn)行的兩個(gè)獨(dú)立但是互補(bǔ)的處理控制；一個(gè)處理涉及到肌肉骨骼系統(tǒng)906中的fes控制輸入904，并且另一個(gè)處理涉及到前庭系統(tǒng)910中的gvs控制輸入908。fes控制輸入904直接修改肌肉動(dòng)作，并且gvs控制輸入908修改前庭感知，從而允許身體本身的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)修改肌肉動(dòng)作。在fes的情況下，將期望關(guān)節(jié)角度、速度和加速度(全部與穩(wěn)定步態(tài)相關(guān)聯(lián))與由慣性感測(cè)框912測(cè)量的個(gè)體的實(shí)際值進(jìn)行比較。例如，在腿擺動(dòng)階段期間(諸如，在開始時(shí)、在擺動(dòng)內(nèi)的中間位置處、或者接近擺動(dòng)終止)可以采取針對(duì)上述變量的測(cè)量?？赡苁菧y(cè)量點(diǎn)的其它階段可以包括腿并步(plant)階段。可以在大步走、站立或者坐下階段期間采取測(cè)量。測(cè)量也可以由多組變量表征。例如，可以采取處于個(gè)體腿部的最大或者最小擺動(dòng)角(兩條腿的角分離)處時(shí)的肌肉輸出、肢體速度或者肢體加速度的測(cè)量。將穩(wěn)定步態(tài)所必須的期望關(guān)節(jié)值與實(shí)際值之間的誤差輸入到平衡控制器914中，該平衡控制器914確定補(bǔ)償誤差和維持穩(wěn)定步態(tài)所需的期望總關(guān)節(jié)力矩。由步態(tài)分析框916使用慣性感測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)的期望關(guān)節(jié)力矩與實(shí)際關(guān)節(jié)力矩之間的差將輸入提供至fes控制器902。基于關(guān)節(jié)力矩誤差，fes控制器902確定補(bǔ)償由肌肉生成的實(shí)際力矩所要求的對(duì)肌肉的刺激模式和水平，以便可以實(shí)現(xiàn)期望總力矩。該目標(biāo)刺激導(dǎo)致fes增強(qiáng)的肌肉骨骼狀態(tài)，當(dāng)控制環(huán)路繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，該fes增強(qiáng)的肌肉骨骼狀態(tài)由慣性感測(cè)912系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控。gvs補(bǔ)償模塊918并行運(yùn)行以提供附加補(bǔ)償輸入；該時(shí)間針對(duì)除了肌肉骨骼系統(tǒng)906之外的前庭系統(tǒng)910。當(dāng)慣性感測(cè)框912測(cè)量出平衡性下降(通過身體的姿勢(shì)角度來測(cè)量)時(shí)，將信號(hào)發(fā)送至gvs控制器900，該gvs控制器900確定校正刺激的模式和水平以提供至前庭系統(tǒng)910。例如，如果個(gè)體的姿勢(shì)逐漸向前傾斜，則gvs控制器900將信號(hào)發(fā)送至前庭系統(tǒng)910以放大他/她正在向前倒下的個(gè)體的前庭感知。個(gè)體本身的姿勢(shì)控制系統(tǒng)然后將通過校正肌肉激活來校正姿勢(shì)退化。gvs控制器900可以激活的示例性角度可以大于遠(yuǎn)離垂直方向20度、30度、40度、50度或者60度?？傊?，套裝系統(tǒng)發(fā)明將多個(gè)傳感器和致動(dòng)器整合成共形的、重量輕的(小于4kg)軟套裝，其具有低功率要求(當(dāng)不考慮再生功率鞋墊或者其它發(fā)電機(jī)時(shí)小于12w)。在fes將矯正更長(zhǎng)期的步態(tài)問題的同時(shí)，gvs將基于低延遲傳感器來提高用于短期跌倒減輕的平衡性(參見圖4)。觸覺警告將反饋提供至用戶以校正平衡性和步態(tài)方面的缺陷。最后，雖然已經(jīng)根據(jù)多個(gè)實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明在其它環(huán)境中可以具有其它應(yīng)用。應(yīng)該注意，許多實(shí)施方式和實(shí)現(xiàn)是可能的。進(jìn)一步地，所附權(quán)利要求書并不旨在將本發(fā)明的范圍限于上文所描述的具體實(shí)施方式。另外，任何表述“用于…的裝置”旨在引起元件和權(quán)利要求的裝置加功能閱讀，而未明確使用表述“用于…的裝置”的任何元件不旨在被當(dāng)作裝置加功能元件，即使權(quán)利要求書另外包括單詞“裝置”。進(jìn)一步地，雖然已經(jīng)以特定順序執(zhí)行了特定方法步驟，但是方法步驟可以按照任何期望次序發(fā)生并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種用于步態(tài)干預(yù)和跌倒預(yù)防的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：連體套裝，所述連體套裝具有多個(gè)分布式傳感器和前庭-肌肉biostim陣列；分析模塊，所述分析模塊與所述連體套裝和傳感器連接，所述分析模塊可操作以用于接收傳感器數(shù)據(jù)并且基于所述傳感器數(shù)據(jù)來分析特定使用者的步態(tài)并且預(yù)測(cè)跌倒；以及閉環(huán)biostim控制模塊，所述閉環(huán)biostim控制模塊可操作以用于激活所述前庭-肌肉biostim陣列以補(bǔ)償所預(yù)測(cè)的跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括多部位前庭電刺激gvs執(zhí)行器，所述gvs執(zhí)行器靠近所述套裝的頭部，因此，所述gvs執(zhí)行器可操作以用于增強(qiáng)使用者的前庭感覺；其中，所述前庭-肌肉biostim陣列還包括功能性電刺激fes執(zhí)行器，所述fes執(zhí)行器被定位成靠近所述套裝的腿部，因此，所述fes執(zhí)行器可操作以用于刺激使用者的肌肉以產(chǎn)生對(duì)所述使用者的關(guān)節(jié)力矩的直接控制；其中，所述閉環(huán)biostim控制模塊包括biostim控制器，所述biostim控制器在施加力矩和平衡調(diào)節(jié)直到實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效果的閉環(huán)控制中將所述力矩和平衡調(diào)節(jié)施加至所述前庭-肌肉biostim陣列的gvs執(zhí)行器的所述fes執(zhí)行器；其中，所述連體套裝是由彈性布料制成的共形連體套裝，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列與所述連體套裝連接，使得在穿戴所述連體套裝時(shí)所述前庭-肌肉biostim陣列的所述執(zhí)行器被定位成抵靠使用者的身體；其中，所述多個(gè)分布式傳感器選自由肌電emg傳感器、慣性測(cè)量單元imu傳感器和地面反作用力grf傳感器組成的組；其中，所述傳感器可操作以用于將生物傳感器數(shù)據(jù)提供至所述分析模塊；其中，所述分析模塊包括肌肉骨骼模型、步態(tài)分析模塊和跌倒預(yù)測(cè)模塊，其中，所述步態(tài)分析模塊基于所述生物傳感器數(shù)據(jù)來更新所述肌肉骨骼模型并且分析特定使用者的步態(tài)，以及其中，所述跌倒預(yù)測(cè)模塊提前運(yùn)行更新后的所述肌肉骨骼模型以確定跌倒風(fēng)險(xiǎn)是否增高；其中，所述閉環(huán)biostim控制模塊包括平衡控制器，所述平衡控制器確定補(bǔ)償所預(yù)測(cè)的跌倒的風(fēng)險(xiǎn)所要求的關(guān)節(jié)力矩和前庭平衡調(diào)節(jié)；以及其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括觸覺執(zhí)行器，所述觸覺執(zhí)行器被定位成靠近所述套裝的腰部，因此，所述觸覺執(zhí)行器可操作以用于警告使用者所預(yù)測(cè)的跌倒。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括多部位前庭電刺激gvs執(zhí)行器，所述gvs執(zhí)行器靠近所述套裝的頭部，因此，所述gvs執(zhí)行器可操作以用于增強(qiáng)使用者的前庭感覺。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括功能性電刺激fes執(zhí)行器，所述fes執(zhí)行器被定位成靠近所述套裝的腿部，因此，所述fes執(zhí)行器可操作以用于刺激使用者的肌肉以產(chǎn)生對(duì)所述使用者的關(guān)節(jié)力矩的直接控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括多部位前庭電刺激gvs執(zhí)行器，所述gvs執(zhí)行器靠近所述套裝的頭部，以及其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括功能性電刺激fes執(zhí)行器，所述fes執(zhí)行器被定位成靠近所述套裝的腿部，以及其中，所述閉環(huán)biostim控制模塊包括biostim控制器，所述biostim控制器在施加力矩和平衡調(diào)節(jié)直到實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效果的閉環(huán)控制中將所述力矩和平衡調(diào)節(jié)施加至所述前庭-肌肉biostim陣列的gvs執(zhí)行器的所述fes執(zhí)行器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括多個(gè)分布式執(zhí)行器，以及其中，所述連體套裝是由彈性布料制成的共形連體套裝，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列與所述連體套裝連接，使得在穿戴所述連體套裝時(shí)所述前庭-肌肉biostim陣列的所述執(zhí)行器被定位成抵靠使用者的身體。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)分布式傳感器選自由肌電emg傳感器、慣性測(cè)量單元imu傳感器和地面反作用力grf傳感器組成的組。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器可操作以用于將生物傳感器數(shù)據(jù)提供至所述分析模塊。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括多個(gè)分布式執(zhí)行器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器可操作以用于將生物傳感器數(shù)據(jù)提供至所述分析模塊，以及其中，所述分析模塊包括肌肉骨骼模型、步態(tài)分析模塊和跌倒預(yù)測(cè)模塊，其中，所述步態(tài)分析模塊基于所述生物傳感器數(shù)據(jù)來更新所述肌肉骨骼模型并且分析特定使用者的步態(tài)，以及其中，所述跌倒預(yù)測(cè)模塊提前運(yùn)行更新后的所述肌肉骨骼模型以確定跌倒風(fēng)險(xiǎn)是否增高。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述閉環(huán)biostim控制模塊包括平衡控制器，所述平衡控制器確定補(bǔ)償所預(yù)測(cè)的跌倒的風(fēng)險(xiǎn)所要求的關(guān)節(jié)力矩和前庭平衡調(diào)節(jié)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括觸覺執(zhí)行器，所述觸覺執(zhí)行器被定位成靠近所述套裝的腰部，因此，所述觸覺執(zhí)行器可操作以用于警告使用者所預(yù)測(cè)的跌倒。13.一種用于步態(tài)干預(yù)和跌倒預(yù)防的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括：非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上編碼有可執(zhí)行指令，使得在通過一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行所述指令時(shí)，所述一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行以下操作：通過分析模塊接收來自關(guān)于連體套裝分布的多個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)并且基于所述傳感器數(shù)據(jù)來分析特定使用者的步態(tài)并且預(yù)測(cè)跌倒；以及通過閉環(huán)biostim控制模塊激活關(guān)于所述連體套裝分布的前庭-肌肉biostim陣列以補(bǔ)償所預(yù)測(cè)的跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述傳感器可操作以用于將生物傳感器數(shù)據(jù)提供至所述分析模塊，以及其中，所述分析模塊包括肌肉骨骼模型、步態(tài)分析模塊和跌倒預(yù)測(cè)模塊，其中，所述步態(tài)分析模塊基于所述生物傳感器數(shù)據(jù)來更新所述肌肉骨骼模型并且分析特定使用者的步態(tài)，以及其中，所述跌倒預(yù)測(cè)模塊提前運(yùn)行更新后的所述肌肉骨骼模型以確定跌倒風(fēng)險(xiǎn)是否增高。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品進(jìn)一步包括用于使所述閉環(huán)biostim控制模塊利用平衡控制器來確定補(bǔ)償所預(yù)測(cè)的跌倒的風(fēng)險(xiǎn)所要求的關(guān)節(jié)力矩和前庭平衡調(diào)節(jié)的指令。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括觸覺執(zhí)行器，所述觸覺執(zhí)行器被定位成靠近所述套裝的腰部，并且所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品進(jìn)一步包括用于使所述觸覺執(zhí)行器警告使用者所預(yù)測(cè)的跌倒的指令。17.一種用于步態(tài)干預(yù)和跌倒預(yù)防的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，所述方法包括以下動(dòng)作：使一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上編碼的指令，使得在執(zhí)行所述指令時(shí)，所述一個(gè)或者多個(gè)處理器執(zhí)行以下操作：通過分析模塊接收來自關(guān)于連體套裝分布的多個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)并且基于所述傳感器數(shù)據(jù)來分析特定使用者的步態(tài)并且預(yù)測(cè)跌倒；以及通過閉環(huán)biostim控制模塊激活關(guān)于所述連體套裝分布的前庭-肌肉biostim陣列以補(bǔ)償所預(yù)測(cè)的跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述傳感器可操作以用于將生物傳感器數(shù)據(jù)提供至所述分析模塊，以及其中，所述分析模塊包括肌肉骨骼模型、步態(tài)分析模塊和跌倒預(yù)測(cè)模塊，其中，所述步態(tài)分析模塊基于所述生物傳感器數(shù)據(jù)來更新所述肌肉骨骼模型并且分析特定使用者的步態(tài)，以及其中，所述跌倒預(yù)測(cè)模塊提前運(yùn)行更新后的所述肌肉骨骼模型以確定跌倒風(fēng)險(xiǎn)是否增高。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，所述計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)一步包括以下操作：使所述閉環(huán)biostim控制模塊利用平衡控制器來確定補(bǔ)償所預(yù)測(cè)的跌倒的風(fēng)險(xiǎn)所要求的關(guān)節(jié)力矩和前庭平衡調(diào)節(jié)。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述前庭-肌肉biostim陣列包括觸覺執(zhí)行器，所述觸覺執(zhí)行器被定位成靠近所述套裝的腰部，并且所述方法進(jìn)一步包括使所述觸覺執(zhí)行器警告使用者所預(yù)測(cè)的跌倒的操作。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12