[发明专利]用于帕金森病人主要症状定量检测的可穿戴系统

摘要

本发明提供了一种用于帕金森病人主要症状定量检测的可穿戴系统及方法，该系统包括手套和计算机，两者通过有线或者无线方式连接；所述手套又包括手腕模块和指尖模块，这两个模块分别佩戴在病人指尖和手腕，所述计算机中设有震颤检测及其幅度稳定状态检测模块、肌肉僵直检测模块、运动缓慢症状检测模块，分别用于实现帕金森病病人震颤检测及其幅度稳定状态、肌肉僵直和运动缓慢症状的检测，并将显示检测结果。本发明针对不同神经科医生对同一病人的症状判断有差异，该系统具有统一的量化检测标准。3个主要症状检测集成于一个系统且能够提供完整和全面的病情检测。

主权项

一种用于帕金森病人主要症状定量检测的可穿戴系统，该系统包括手套和与之相连的计算机；所述手套又包括手腕模块和指尖模块，这两个模块分别佩戴在病人手腕和指尖，其特征在于：所述手腕模块包括传感器、微控制器，其中传感器由第一个微机电系统运动测量模块和一组差分输出的两个压力传感器组成，用于肌肉僵直测量数据的采集，并将采集的数据传送到微控制器；所述指尖模块包括第二个微机电系统运动测量模块，用于震颤和运动迟缓测量数据的采集，并将采集的数据传送到微控制器；所述微控制器采集所述传感器以及所述第二个微机电系统运动测量模块的测量数据，并发送到计算机进行处理和显示，实现震颤、肌肉僵直和运动缓慢的参数测量，测量结果和测量的原始数据通过计算机显示和保存；所述手腕模块、指尖模块均设有外壳，用于保护电路及传感器部分并且将其固定在病人手部，此外壳具有一定弹性且可自由佩戴；外壳为塑料材质，电气绝缘且轻巧，是基于3D打印机打印生成的一体化机械外壳；所述系统进一步设有震颤检测及其幅度稳定状态检测模块、肌肉僵直检测模块、运动缓慢症状检测模块，以用于实现帕金森病病人震颤检测及其幅度稳定状态、肌肉僵直和运动缓慢症状的检测，并显示检测结果；所述肌肉僵直检测模块，该模块以手腕模块的6轴惯性测量单元和两个压力传感器的信号及用卷尺所测得的病人手臂长度作为输入参数，包含手腕相对于肘尖的运动角度及角速度，两个压力传感器的差分输出，及病人手臂长度；把设定时间内的肌肉僵直测量所得参数矩阵作为模块的输入进行最小平方参数估计，采用最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，从而得到肌肉僵直的两个参数；所述运动缓慢症状检测模块，该模块基于指尖模块的惯性测量单元的结果，通过该惯性测量单元内嵌的3轴输出信号积分得到指尖的运动角度轨迹，然后把3轴信号合并为1维信号，再通过幅度查找方法得出手指闭合运动的角度峰峰值；最后通过统计方法得到病人运动缓慢症状参数；所述震颤检测及其幅度稳定状态检测模块，该模块以指尖模块的6轴惯性测量单元数据即加速度和角速度信号为输入，将数据进行带通滤波后，进行频谱分析，计算加速度和角速度信号频谱分布的主频率点附近功率和；由于帕金森病人震颤幅度变化影响测量结果的有效性，对设定时间内角速度数据信号幅度进行对比，当幅度变化超出设定范围时就判定为无效值，幅度状态检测包括时间域和频域，从而实现震颤检测及其幅度稳定状态检测；所述震颤检测及其幅度稳定状态检测，其中：只有在时域和频域都稳定的测量才会被判断为有效态，公式如下：这里三轴角速度信号是指复合后的单轴信号；角速度信号主频周围的功率设定为功率谱周边的固定范围，Vf和Vt分别为时域和频域的稳定态参数，分别表示为设定单次测量时长震颤功率谱估计中主频成分的比重以及震颤波形峰峰值的变化率。