CN104116510B - 一种用于帕金森病人震颤的传感装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于帕金森病人震颤的传感装置，它包括壳体、激光器、滤光片、凸透镜、PSD器件、信号处理模块、ZigBee无线传输模块和锂电池，所述信号处理模块、ZigBee无线传输模块固定在壳体内的小盒体内，激光器固定在小盒体外壁，小盒体一侧的壳体上固定有PSD器件，滤光片和凸透镜固定在激光器一侧。其检测方法包括以下步骤：A.将震颤转化为电流信号；B.处理电信号得震颤信号；C.计算人体皮肤表面偏移量δ和成像偏移量d之间的数据关系，得震颤波形。本发明与现有技术相比的优点是：本发明能有效的检测出帕金森病人的震颤信号，具有抗干扰、易穿戴等特点；能避免了多姿态下的信号干扰；且造价低，易普及。

Description

一种用于帕金森病人震颤的传感装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于帕金森病人震颤的传感装置及检测方法，尤其是一种基于ZigBee的可穿戴非接触式帕金森病人震颤传感装置及检测方法，属于医疗领域。

背景技术

从1886年Schafer等人发现震颤现象开始，对于人体生理震颤的研究就从未间断过。在对帕金森(Parkinson’sDisease，PD)病人早期的诊断中，为了使测得的数据更准确，以便于确诊，对于震颤源的信号采集质量要求也是越来越高的。这就要求传感器的性能要不断提高，以至于从最开始的机械信号传感器发展到后来的重力感应式传感器、生物传感器。

传统的机械式传感器只是依靠机械传感器采集震颤信号的原理，将震颤信号最终转化为电信号，使得整个采集过程干扰大，采集速度慢，能耗高。只适合短时间固定姿态下的测量，采集的数据没有可靠保障，无法有效降低误诊率。

生物信号传感器也称作生物力信号传感器。这种传感器主要用于测量肢体某一部位产生的生物信号。其采集的信号干扰小，准确度高，但由于传感器的造价高，以及传感器的安装方式较复杂，需要多种辅助装置集成等问题，目前大多是在精密的医学仪器中有所应用。

此外，传统的用于“穿戴式”的传感器一般都要和人体发生直接的紧密接触。这在一定程度上会使得传感设备受到人体皮肤表面耦合电容的影响，造成干扰，增加了人体负荷。还会导致病人因穿戴传感器而出现紧张、激动等不良情绪，这些都将影响测量的精确性，无法得到PD病人常规生活状态下的有效数据，实际测量的可操作性较差。

发明内容

本发明为了解决现有技术的上述不足，提供了一种用于帕金森病人震颤的传感装置及检测方法。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种用于帕金森病人震颤的传感装置，其特征在于：它包括壳体、激光器、滤光片、凸透镜、PSD器件、信号处理模块、ZigBee无线传输模块和锂电池，所述信号处理模块、ZigBee无线传输模块固定在壳体内的小盒体内，激光器固定在小盒体外壁，小盒体一侧的壳体上固定有PSD器件，所述PSD器件为位置敏感检测器(PositionSensitiveDetector)，滤光片和凸透镜固定在激光器一侧。

进一步地，所述小盒体内部设有陀螺仪，所述陀螺仪为单轴陀螺仪。

进一步地，所述PSD器件(位置敏感检测器)为一维PSD或者二维PSD。

一种用于帕金森病人震颤的检测方法，包括以下步骤：

A.将震颤转化为电流信号：由微功率激光发射管发出经过调制了的调制光束，该光束经过人体表面反射，透过滤光片，再经过凸透镜，最终会在PSD器件(位置敏感检测器)上形成光斑的投影，随着皮肤表面的震颤，该投影会相应的在PSD器件上抖动，从而引起PSD器件(位置敏感检测器)两极微弱的电流变化，将震颤动作转化成了电信号；

B.处理电信号得震颤信号：将接收到的电流信号转换成电压信号再进行解调、滤波、增减幅处理，得出帕金森病人肢体单个节点的震颤信号；

C.计算人体皮肤表面偏移量δ和成像偏移量d之间的数据关系，得震颤波形：采用了激光三角法的原理，激光发射管所发射的光线与凸透镜中心光轴的夹角为α；凸透镜中心光轴与激光发射管所发射的光线的垂直方向的夹角为β，在传感装置内部使α和β满足α+β＝90°；s是物距，s′是像距，δ是能够测量的人体表面皮肤最大偏移量，d是光点成像在PSD器件上的最大偏移量；使前述几个值满足以下关系：

$\mathrm{\δ}=\frac{ds\sin \mathrm{\β}}{s^{\′}\sin \mathrm{\α}-d\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}$

并将α+β＝90°代入上式中，得出：

$\mathrm{\δ}=\frac{dscos\mathrm{\α}}{s^{\′}\sin \mathrm{\α}-d}$

由于上式中只有d和δ是变量，其它的都是固定值，从而得出人体皮肤表面偏移量δ和成像偏移量d之间的数据关系，进而根据这些数据关系的变化，得出震颤波形；

进一步地，传感器中采用的单轴陀螺仪，能够采集佩戴点的人体姿态数据，多个采集点结合后，能够在信号处理终端得出人体的姿态信号；因为不同的人体姿态对震颤信号的影响很大，所以姿态数据能够进一步改善和调节采集的震颤信号，使得到的震颤信号更加准确。

PD病症前期震颤主要表现为睡眠性震颤(RestingTremor)，这种震颤信号在病人日常的活动中，基本上很难观察到，只有在睡眠时才会采集到。因为它受到了人体姿态(Posture)、动作(Movement)的严重影响，而不表现出来。到了PD的后期，一些病人即便是在日常活动中，也会出现这种睡眠性震颤，这就比较容易观察到了，但此时疾病已到后期，很难治愈了。

此外，医疗证明PD病症的最佳治愈期是在前期，但前期的病理信号会由于人体日常活动中的姿势、动作等因素，不易观察。针对这种情况，我们在传感器中加入了陀螺仪，用于实时检测PD病人的姿态和动作，并且把这些信息作为诊断数据进一步处理的参考值。从而能在前期滤除干扰信号，得到正确的病理信息，以便及时的诊断、治疗。

如上所诉，陀螺仪提供单个传感器的角度变化，这些采集的数据最终经过信号处理模块进行简单的数据压缩处理后，再经过ZigBee模块发送给终端，从而得出人体姿态信息。

将多个这样的传感器镶嵌于特制的衣服内壁上，并让他们共同采集信号，通过一个共同的终端形成星形网络，这样就能根据多个节点的震颤信号判断病理状况，多个陀螺仪信号判断出人体姿态。

进一步地，传感装置内部采用的单轴陀螺仪，能够采集佩戴点的人体姿态数据，多个采集点结合后，能够在信号处理终端得出人体的姿态信号；因为不同的人体姿态对震颤信号的影响很大，所以姿态数据能够进一步改善和调节采集的震颤信号，使得到的震颤信号更加准确。

本发明与现有技术相比的优点是：本发明能有效的检测出帕金森病人的震颤信号，具有抗干扰、易穿戴等特点；并且能进行无线传输，交给上位机作进一步处理；还能根据陀螺仪判断人体姿态，从而避免了多姿态下的信号干扰；且造价低，易普及。

附图说明

图1为本发明传感装置的结构示意图。

图2为本发明传感装置的原理示意图

图3为本发明传感装置的信号处理流程图。

图4为本发明信号处理模块的主体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详述。

如图1至图4所示，一种用于帕金森病人震颤的传感装置，它包括壳体1、激光器2、滤光片3、凸透镜4、PSD器件5、信号处理模块6、ZigBee无线传输模块7和锂电池8，所述信号处理模块6、ZigBee无线传输模块7固定在壳体1内的小盒体9内，激光器2固定在小盒体9外壁，小盒体9一侧的壳体1上固定有PSD器件5，所述PSD器件5为位置敏感检测器(PositionSensitiveDetector)，滤光片3和凸透镜4固定在激光器2一侧。

进一步地，所述小盒体9内部设有陀螺仪10，所述陀螺仪10为单轴陀螺仪。

一种用于帕金森病人震颤的检测方法，包括以下步骤：

A.将震颤转化为电流信号：由微功率激光发射管发出经过调制了的调制光束，该光束经过人体表面反射，透过滤光片，再经过凸透镜，最终会在PSD器件(位置敏感检测器)上形成光斑的投影，随着皮肤表面的震颤，该投影会相应的在PSD器件上抖动，从而引起PSD器件(位置敏感检测器)两极微弱的电流变化，将震颤动作转化成了电信号；

B.处理电信号得震颤信号：将接收到的电流信号转换成电压信号再进行解调、滤波、增减幅处理，得出帕金森病人肢体单个节点的震颤信号；

C.计算人体皮肤表面偏移量δ和成像偏移量d之间的数据关系，得震颤波形：采用了激光三角法的原理，激光发射管所发射的光线与凸透镜中心光轴的夹角为α；凸透镜中心光轴与激光发射管所发射的光线的垂直方向的夹角为β，在传感装置内部使α和β满足α+β＝90°；s是物距，s′是像距，δ是能够测量的人体表面皮肤最大偏移量，d是光点成像在PSD器件上的最大偏移量；使前述几个值满足以下关系：

$\mathrm{\δ}=\frac{ds\sin \mathrm{\β}}{s^{\′}\sin \mathrm{\α}-d\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}$

并将α+β＝90°代入上式中，得出：

$\mathrm{\δ}=\frac{dscos\mathrm{\α}}{s^{\′}\sin \mathrm{\α}-d}$

由于上式中只有d和δ是变量，其它的都是固定值，从而得出人体皮肤表面偏移量δ和成像偏移量d之间的数据关系，进而根据这些数据关系的变化，得出震颤波形。

进一步地，传感装置内部采用的单轴陀螺仪，能够采集佩戴点的人体姿态数据，多个采集点结合后，能够在信号处理终端得出人体的姿态信号；因为不同的人体姿态对震颤信号的影响很大，所以姿态数据能够进一步改善和调节采集的震颤信号，使得到的震颤信号更加准确。

上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (5)

1.一种用于帕金森病人震颤的传感装置，其特征在于：它包括壳体、激光器、滤光片、凸透镜、PSD器件、信号处理模块、ZigBee无线传输模块和锂电池，所述信号处理模块、ZigBee无线传输模块固定在壳体内的小盒体内，激光器固定在小盒体外壁，小盒体一侧的壳体上固定有PSD器件，所述PSD器件为位置敏感检测器，滤光片和凸透镜固定在激光器一侧。

2.根据权利要求1所述的一种用于帕金森病人震颤的传感装置，其特征在于：所述小盒体内部设有陀螺仪，所述陀螺仪为单轴陀螺仪。

3.根据权利要求1所述的一种用于帕金森病人震颤的传感装置，其特征在于：所述PSD器件(位置敏感检测器)为一维PSD或者二维PSD。

4.一种用于帕金森病人震颤的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.将震颤转化为电流信号：由微功率激光发射管发出经过调制了的调制光束，该光束经过人体表面反射，透过滤光片，再经过凸透镜，最终会在PSD器件(位置敏感检测器)上形成光斑的投影，随着皮肤表面的震颤，该投影会相应的在PSD器件(位置敏感检测器)上抖动，从而引起PSD器件两极微弱的电流变化，将震颤动作转化成了电信号；

B.处理电信号得震颤信号：将接收到的电流信号转换成电压信号再进行解调、滤波、增减幅处理，得出帕金森病人肢体单个节点的震颤信号；

C.计算人体皮肤表面偏移量δ和成像偏移量d之间的数据关系，得震颤波形：采用了激光三角法的原理，激光发射管所发射的光线与凸透镜中心光轴的夹角为α；凸透镜中心光轴与激光发射管所发射的光线的垂直方向的夹角为β，在传感装置内部使α和β满足α+β＝90°；s是物距，s′是像距，δ是能够测量的人体表面皮肤最大偏移量，d是光点成像在PSD器件上的最大偏移量；使前述几个值满足以下关系：

$\mathrm{\δ}=\frac{ds\sin \mathrm{\β}}{s^{\′}\sin \mathrm{\α}-d\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}$

并将α+β＝90°代入上式中，得出：

$\mathrm{\δ}=\frac{dscos\mathrm{\α}}{s^{\′}\sin \mathrm{\α}-d}$

由于上式中只有d和δ是变量，其它的都是固定值，从而得出人体皮肤表面偏移量δ和成像偏移量d之间的数据关系，进而根据这些数据关系的变化，得出震颤波形。

5.根据权利要求4所述的一种用于帕金森病人震颤的检测方法，其特征在于：传感装置内部采用单轴陀螺仪，能够采集佩戴点的人体姿态数据，多个采集点结合后，能够在信号处理终端得出人体的姿态信号；因为不同的人体姿态对震颤信号的影响很大，所以姿态数据能够进一步改善和调节采集的震颤信号，使得到的震颤信号更加准确。