本發(fā)明涉及一種帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，屬于醫(yī)療檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

帕金森病（Parkinson’s Disease，PD），又名帕金森綜合征，是世界上第二大常見的神經(jīng)系統(tǒng)退化疾病，也是一種臨床常見的老年神經(jīng)進(jìn)行性疾病。帕金森病的癥狀通常出現(xiàn)在60歲左右，它影響著65歲以上近2%的老人，每年新發(fā)病例近十萬人。全球大概有一千萬的人被診斷出患有該病， 400萬患者中有170-220萬人在中國，并且還呈現(xiàn)出年輕化趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2030年中國帕金森病患者將達(dá)到500萬。帕金森病已嚴(yán)重影響患者的日常生活質(zhì)量，對(duì)社會(huì)和家庭帶來的巨大的壓力。

帕金森病是由多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性缺失、死亡所致，臨床主要表現(xiàn)為靜止性震顫、肌強(qiáng)直、動(dòng)作遲緩及姿勢(shì)平衡障礙等。其中姿勢(shì)平衡障礙指的是人體平衡能力出現(xiàn)障礙，如姿勢(shì)不穩(wěn)和步態(tài)失調(diào)等，輕度平衡機(jī)能障礙導(dǎo)致步行困難，中度障礙導(dǎo)致無法站立，重度障礙導(dǎo)致無法坐立。姿勢(shì)平衡障礙威脅著帕金森病患者的生活獨(dú)立性和品質(zhì)，增加了跌倒的風(fēng)險(xiǎn)和跌倒后的傷害。

目前常用的平衡性和步態(tài)的臨床評(píng)估方法，多為醫(yī)生測(cè)量的量表，在評(píng)估階段具有個(gè)體差異性和醫(yī)生的主觀性，尚缺乏客觀性、標(biāo)準(zhǔn)性和高精度的測(cè)量方法。同時(shí)對(duì)帕金森病患者也缺乏跌倒風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別方法?？纱┐魇絺鞲衅骺蔀檠芯咳藛T和臨床醫(yī)生提供一種客觀的評(píng)估工具。

因此，亟需設(shè)計(jì)一種帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者病情的診斷，并為醫(yī)生對(duì)患者病情診斷和康復(fù)提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，該裝置可定量的檢測(cè)和評(píng)估帕金森病患者的姿勢(shì)平衡相關(guān)參數(shù)，為醫(yī)生提供患者的平衡能力評(píng)估的參考，并預(yù)測(cè)出跌倒事故和發(fā)出提示警告，為患者減少跌倒事故。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，包括帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，包括8個(gè)信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)、一個(gè)上位收集數(shù)據(jù)單元以及一個(gè)電腦端，其特征在于：所述信號(hào)采集系統(tǒng)處理與通信系統(tǒng)無線通信連接上位收集數(shù)據(jù)單元，上位收集數(shù)據(jù)單元連接電腦端；每一個(gè)信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)是由一個(gè)電源管理模塊連接一個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊、一個(gè)控制器模塊和一個(gè)無線通信模塊，并且運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊經(jīng)微控制器模塊連接無線通信模塊構(gòu)成；該系統(tǒng)內(nèi)置于一個(gè)可穿戴式無線人體三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備本體中。所述三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備本體包括信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)的電路安裝盒和彈性綁帶；所述電路安裝盒緊貼在人體胸前、腰前、左右兩側(cè)大腿的近膝關(guān)節(jié)的股骨前側(cè)、左右兩側(cè)小腿的近踝關(guān)節(jié)的脛骨前側(cè)、左右兩側(cè)腳背，用于采集人體骨骼運(yùn)動(dòng)參數(shù)；所述彈性綁帶緊貼在人體骨骼上，電路安裝盒緊固在彈性綁帶上。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)，由運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊、電源管理模塊、微控制器模塊、無線通信模塊組成。所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊，用于實(shí)時(shí)測(cè)量所穿戴處骨骼的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括骨骼運(yùn)動(dòng)的3軸加速度、3軸角速度、地磁場(chǎng)3軸分矢量；電源管理模塊，用于管理鋰電池工作，防止鋰電池過充電、過放電、過電流及短路，并穩(wěn)壓出系統(tǒng)供電電源；所述微控制器模塊，用于獲取運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊采集到的9軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)及控制其采集頻率，并通過算法處理計(jì)算出相對(duì)于地理坐標(biāo)系的姿態(tài)角度，包括航偏角、俯仰角和翻滾角，還通過模數(shù)轉(zhuǎn)換獲取當(dāng)前鋰電池剩余電量；所述無線通信模塊，用于將設(shè)備編號(hào)、采集數(shù)據(jù)時(shí)間、人體運(yùn)動(dòng)參數(shù)及姿態(tài)角、鋰電池剩余電量等數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送給上位收集數(shù)據(jù)單元。

進(jìn)一步地，在對(duì)帕金森患者進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)采集時(shí)，需要將患者站立時(shí)的下肢進(jìn)行簡(jiǎn)化，并建立剛體模型；由腰部的傳感器所產(chǎn)生的前后搖晃角和左右搖晃角來推算出腰部處的前后搖擺距離Dx和左右搖擺距離Dy：

其中為腰部傳感器到地面的實(shí)際高度。但是人體站立的過程需要通過踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)不斷調(diào)整來保持身體的平衡；因此是一個(gè)不斷調(diào)整的過程，需要通過小腿長(zhǎng)和小腿角度、大腿長(zhǎng)和大腿角度對(duì)的值進(jìn)行補(bǔ)償。

其中為COM處傳感器到地面的測(cè)量高度，即腰高。

進(jìn)一步地，所述上位收集數(shù)據(jù)單元，由無線通信模塊、微控制器模塊、USB通信模塊組成。所述無線通信模塊，用于收集所有下位三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備回傳的數(shù)據(jù)；微控制模塊，用于獲取回傳的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包加密通過USB接口發(fā)送給電腦端；USB通信模塊，作為連接上位收集數(shù)據(jù)單元和電腦端的中間媒介，方便數(shù)據(jù)發(fā)送給電腦端，以便完成后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊為9軸姿態(tài)傳感器，包括3軸加速度計(jì)、3軸陀螺儀、3軸地磁場(chǎng)分矢量。

進(jìn)一步地，所述電源管理模塊采用管理鋰電池充電放電保護(hù)等功能的芯片。

進(jìn)一步地，所述微控制器采用STM32系列微控制器。

進(jìn)一步地，所述無線通信模塊采用WIFI模塊或2.4G無線通信模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步：

本發(fā)明所述的帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，可用于測(cè)量健全人或帕金森病患者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過算法處理采集數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)評(píng)估出受試者是否患有帕金森病，并可以對(duì)帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性進(jìn)行量化分級(jí)，有助于診斷帕金森病的患病程度，為患者康復(fù)治療提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備穿戴于指定的人體關(guān)節(jié)上，通過完成指定的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作，完成患病評(píng)估。而且，該設(shè)備具有質(zhì)量輕、可穿戴的特點(diǎn)，對(duì)進(jìn)行受試者無創(chuàng)診斷，還具有預(yù)警跌倒的作用，減少了人工評(píng)估的步驟和誤診的幾率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備本體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述的可穿戴設(shè)備綁定人體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明所述的內(nèi)置于設(shè)備本體的信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明所述的帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明所述的簡(jiǎn)單式人體下肢剛體模型。

圖6是本發(fā)明所述的補(bǔ)償式人體下肢剛體模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例一：

參見圖4、圖3、圖2和圖1，本帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，包括8個(gè)信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)（12）、一個(gè)上位收集數(shù)據(jù)單元（13）以及一個(gè)電腦端（14），其特征在于：所述信號(hào)采集系統(tǒng)處理與通信系統(tǒng)（12）無線通信連接上位收集數(shù)據(jù)單元（13），上位收集數(shù)據(jù)單元（13）連接電腦端（14）；每一個(gè)信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)（12）是由一個(gè)電源管理模塊（12-1）連接一個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊（12-2）、一個(gè)控制器模塊（12-3）和一個(gè)無線通信模塊（12-4），并且運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊（12-2）經(jīng)微控制器模塊（12-3）連接無線通信模塊（12-4）構(gòu)成；該系統(tǒng)內(nèi)置于一個(gè)可穿戴式無線人體三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備本體中。所述三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備本體包括信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)的電路安裝盒（1）和彈性綁帶（2）；所述電路安裝盒緊貼在人體胸前（4）、腰前（5）、左右兩側(cè)大腿的近膝關(guān)節(jié)的股骨前側(cè)（6）（7）、左右兩側(cè)小腿的近踝關(guān)節(jié)的脛骨前側(cè)（8）（9）、左右兩側(cè)腳背（10）（11），用于采集人體骨骼運(yùn)動(dòng)參數(shù)；所述彈性綁帶（2）緊貼在人體骨骼上，電路安裝盒（1）緊固在彈性綁帶（2）上。

實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下：

所述信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)（12），由運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊（12-2）、電源管理模塊（12-1）、微控制器模塊（12-3）、無線通信模塊（12-4）組成。所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊（12-2），用于實(shí)時(shí)測(cè)量所穿戴處骨骼的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括骨骼運(yùn)動(dòng)的3軸加速度、3軸角速度、地磁場(chǎng)3軸分矢量；電源管理模塊（12-1），用于管理鋰電池工作，防止鋰電池過充電、過放電、過電流及短路，并穩(wěn)壓出系統(tǒng)供電電源；所述微控制器模塊（12-3），用于獲取運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊采集到的9軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)及控制其采集頻率，并通過算法處理計(jì)算出相對(duì)于地理坐標(biāo)系的姿態(tài)角度，包括航偏角、俯仰角和翻滾角，還通過模數(shù)轉(zhuǎn)換獲取當(dāng)前鋰電池剩余電量；所述無線通信模塊（12-4），用于將設(shè)備編號(hào)、采集數(shù)據(jù)時(shí)間、人體運(yùn)動(dòng)參數(shù)及姿態(tài)角、鋰電池剩余電量等數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送給上位收集數(shù)據(jù)單元（13）。

實(shí)施例三：本實(shí)施例與實(shí)施例二基本相同，特別之處如下：

所述上位收集數(shù)據(jù)單元（13），由無線通信模塊（13-1）、微控制器模塊（13-2）、USB通信模塊（13-3）組成。所述無線通信模塊（13-1），用于收集所有下位三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備回傳的數(shù)據(jù)；微控制模塊（13-2），用于獲取回傳的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包加密通過USB接口發(fā)送給電腦端；USB通信模塊（13-3），作為連接上位收集數(shù)據(jù)單元和電腦端的中間媒介，方便數(shù)據(jù)發(fā)送給電腦端（14），以便完成后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)。

所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量模塊（12-2）為9軸姿態(tài)傳感器，包括3軸加速度計(jì)、3軸陀螺儀、3軸地磁場(chǎng)分矢量。

所述電源管理模塊（12-1）采用管理鋰電池充電放電保護(hù)等功能的芯片。

所述微控制器（12-3）采用STM32系列微控制器。

所述無線通信模塊（12-4）采用WIFI模塊或2.4G無線通信模塊。

上述帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，其診斷與評(píng)估的實(shí)現(xiàn)方式是：所述可穿戴式無線人體三維關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備本體通過彈性綁帶（1）穿戴于受試者圖2所示的身體部位，受試者還需要完成以下制定的動(dòng)作：雙手環(huán)抱于胸前，兩腳分開自然站立5秒，兩腳合攏站立5秒，正步方式抬起右腿靜止5秒，正步方式抬起左腿靜止5秒，從無扶手椅子上站立，正常直行5米，90度右轉(zhuǎn)，正常直行5米，180度右轉(zhuǎn)，正常直行5米， 90度左轉(zhuǎn)，正常直行5米，180度右轉(zhuǎn)，靜止結(jié)束這一整套制定的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作，8個(gè)信號(hào)采集處理與通信系統(tǒng)（12）將受試者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以無線通信方式發(fā)送至上位收集數(shù)據(jù)單元（13），并將數(shù)據(jù)整合完畢再一次轉(zhuǎn)發(fā)給電腦端（14），通過電腦的評(píng)估軟件，對(duì)受試者的運(yùn)動(dòng)參數(shù)做出評(píng)估，作為醫(yī)生診斷患者的參考。

上述帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性的定量檢測(cè)裝置，可用于測(cè)量健全人或帕金森病患者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過算法處理采集數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)評(píng)估出受試者是否患有帕金森病，并可以對(duì)帕金森病患者姿態(tài)平衡穩(wěn)定性進(jìn)行量化分級(jí)，有助于診斷帕金森病的患病程度，為患者康復(fù)治療提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。關(guān)節(jié)角度采集設(shè)備穿戴于指定的人體關(guān)節(jié)上，通過完成指定的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作，完成患病評(píng)估。而且，該設(shè)備具有質(zhì)量輕、可穿戴的特點(diǎn)，對(duì)進(jìn)行受試者無創(chuàng)診斷，還具有預(yù)警跌倒的作用，減少了人工評(píng)估的步驟和誤診的幾率。