CN105426696A - 一种多节点帕金森病症状定量评估系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多节点帕金森病症状定量评估系统,其包括:多个运动与肌电检测模块,每个运动与肌电检测模块具有第一微处理器、运动传感器和肌电传感器,第一WiFi通信模块,以及第一电源管理模块;语音记录模块,其具有顺次电连接并且均分别连接于第二电源管理模块输出端的麦克风、信号调理电路、模数转换器、第二微处理器以及第二WiFi通信模块;终端处理设备,其具有显示屏、扬声器和第三WiFi通信模块。本发明还公开了一种多节点帕金森病症状定量评估方法。本发明可通过患者身体不同部位的运动与肌电信号对患者的运动功能进行客观评估,并对每个运动功能评定内容给出量化指标。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药工程的运动系统疾病定量评估领域。更具体地说,本发明涉及一种多节点帕金森病症状定量评估系统和方法。
背景技术
帕金森病(Parkinson’sDisease,PD)又叫震颤麻痹综合症、帕金森综合症,是一种慢性中枢神经系统退化性失调疾病。该病多发于老年人群,平均发病年龄大约为60岁,且近年来该病的发病年龄有下降趋势。在我国,据统计65岁以上人群中PD的发病率为1.7%,55岁以上人群中PD的发病率为1%。PD已经成为中老年人群的“第三杀手”,严重威胁着人类的生命健康。
PD的临床症状分为运动功能障碍症状和非运动功能障碍症状。病人首先出现单侧肢体震颤或者动作迟缓,进一步影响到对称侧肢体的运动功能。随着对PD病情的研究,患者认知、情绪等方面的非运动功能障碍症状也被人关注。但在早期病症中,首先出现运动功能障碍症状,临床上主要表现为静止震颤(Statictremor),动作迟缓(Bradykinesia),肌肉僵直(Rigidity)和姿势步态障碍(Postureinstabilityandgaitdisorder)。因此,准确地对运动功能障碍症状进行评估,可以更好地对病人进行早期诊断和对病情进行分期。
目前临床医生对PD患者运动功能障碍症状的评估主要依靠评分量表,但是量表法受到评分医师的操作经验和评估时患者状态与情绪的影响。所以依靠评分量表对PD患者运动功能进行评估并不够客观准确,会对PD的早期诊断、分期造成影响。同时,量表法只能对PD患者某一时间点的运动功能进行评估,无法做到长期连续监测,而长期连续监测对PD患者的治疗是具有重要意义的。
随着传感检测与电子技术的发展,研发用于PD患者运动功能定量评估的低负荷可穿戴的运动和生理信号监测装置成为可能。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种多节点帕金森病症状定量评估系统和方法,其通过对患者身体不同部位的运动与肌电信号对患者的运动功能进行客观评估,并对每个运功功能项目给出可量化的指标,提高了对患者动作感知的直接性和敏感性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种多节点帕金森病症状定量评估系统,其包括:
多个运动与肌电检测模块,每个运动与肌电检测模块具有第一微处理器,分别电连接于所述第一微处理器输入端的运动传感器和肌电传感器,电连接于所述第一微处理器输出端的第一WiFi通信模块,以及第一电源管理模块,其中所述第一电源管理模块的输出端分别电连接于所述运动传感器、肌电传感器、第一微处理器和第一WiFi通信模块;
语音记录模块,其具有顺次电连接的麦克风、信号调理电路、模数转换器、第二微处理器及第二WiFi通信模块,并且所述麦克风、信号调理电路、模数转换器、第二微处理器及第二WiFi通信模块分别与第二电源管理模块的输出端电连接;
终端处理设备,其输出端分别电连接有显示屏、扬声器,所述终端处理设备还双向电连接有第三WiFi通信模块。
优选的是,其中,还包括:
第一状态指示灯,其电连接于所述第一微处理器的输出端;
第二状态指示灯,其电连接于所述第二微处理器的输出端;
存储单元,其电连接于所述终端处理设备的输出端。
优选的是,其中,所述运动传感器为九轴运动传感器,其具有封装于同一芯片的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。
优选的是,其中,所述肌电传感器采用能够同时采集2~8个通道生物电势信号的模拟前端芯片,所述肌电传感器的测量电极选用差分电极。
优选的是,其中,所述第一微处理器和第一WiFi通信模块、第二微处理器和第二WiFi通信模块均为内置WiFi连通性的单片微控制器单元。
优选的是,其中,所述第一电源管理模块和第二电源管理模块均具有电源管理电路和连接于所述电源管理电路的输出端的电池,所述电池为可充电电池。
优选的是,其中,所述所述第一电源管理模块和第二电源管理模块均设有USB接口,所述USB接口连接于所述电源管理电路的输入端。
本发明的目的还可以进一步由应用所述评估系统进行多节点帕金森病症状定量评估的方法来实现,该方法包括如下步骤:
1)将至少两个所述运动与肌电检测模块固定于帕金森病患者的不同部位;
2)将所述语音记录模块固定于可清晰记录所述帕金森病患者语音信号的位置;
3)通过Wifi协议,建立所述至少两个所述运动与肌电检测模块、语音记录模块和终端处理设备之间的无线连接,以保证系统各部件时间的同步;
4)在所述终端处理设备上选择所述帕金森病患者需要进行的运动功能评定项目,同时在所述显示屏上显示所述运动功能评定项目的指导视频,引导帕金森病患者相应动作的顺利完成;
5)帕金森病患者完成所述运动功能评定项目的同时,所述至少两个所述运动与肌电检测模块和语音记录模块分别将采集的信号通过WiFi传输至终端处理设备;
6)所述终端处理设备将接收的信号保存于所述存储单元,同时对所述信号的运动学参数进行分析处理并进行量化定级。
优选的是,其中,所述运动功能评定项目包括单一任务项目和双任务项目,
其中,所述单一任务项目包括:
a、摆臂行走:患者坐在椅子上,起立,行走10米往返,坐回椅子;
b、连续翻腕:患者平举双臂,然后以最快的速度左右手同时完成18~22次的连续翻腕动作;
c、静坐抬腿:患者坐在椅子上,然后以最快的速度单腿连续踩上一个台阶再回到地面,完成18~22次,然后,另一条腿完成相同动作;
d、静止站立:患者分别完成睁眼静止站立和闭眼静止站立动作,在此过程中,测试对象双臂自然下垂,身体不接触任何物体;
所述双任务项目为:病人在完成所述摆臂行走动作的同时,进行报数,所述报数分为两种:正数和倒数,其中正数可以随机选取一个小于10的整数,每次加上特定数字依次报数;倒数可以随机选取一个较大的整数,每次减去特定的数字依次报数。
优选的是,其中,所述步骤6)中的运动学参数包括摆动幅度、摆动速度、摆动角度、摆动节律性、左右手摆动的对称性和手腕的震颤程度、步幅、步态节律性、步态对称性、跨步角度、步态相位检测、冻结步态和步态周期、躯干旋转的角度、摆动的面积、摆动的轨迹、摆动的频率、摆动的范围程度、动作转换的灵敏度、上下肢的协调性。
本发明至少包括以下有益效果:
(1)本发明装置采用无线方式传输数据,各模块独立,可灵活安置于全身,便携性高;
(2)本发明通过患者身体不同部位的运动与肌电信号对患者的运动功能进行客观评估,并对每个运动功能评定内容给出量化指标,提高了对患者动作感知的直接性和敏感性,对于患者病情的分析和诊断提供了有效参考;
(3)本发明在继承评分量表方法中经典的运动功能评定内容的基础上,改进了评分量表方法中医生主观评分的方法,便于医生在临床中应用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明一个实施例中单个运动与肌电检测模块的系统框图;
图2为本发明另一个实施例中语音记录模块的系统框图;
图3为本发明另一个实施例中多节点帕金森病症状定量评估系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1~图3示出了根据本发明的一种实现形式,其中包括:
多个运动与肌电检测模块,参照图1,每个运动与肌电检测模块具有第一微处理器,分别电连接于所述第一微处理器输入端的运动传感器和肌电传感器,电连接于所述第一微处理器输出端的第一WiFi通信模块,以及第一电源管理模块,其中所述第一电源管理模块的输出端分别电连接于所述运动传感器、肌电传感器、第一微处理器和第一WiFi通信模块;
语音记录模块,其具有顺次电连接的麦克风、信号调理电路、模数转换器、第二微处理器及第二WiFi通信模块,并且所述麦克风、信号调理电路、模数转换器、第二微处理器及第二WiFi通信模块分别与第二电源管理模块的输出端电连接;
终端处理设备,其输出端分别电连接有显示屏、扬声器和第三WiFi通信模块,所述终端处理设备可以是具有WiFi通信功能的智能手机、平板电脑、电子计算机等,但并不局限于此。。
在这种技术方案中,将多个运动与肌电检测模块分别通过弹性带固定于帕金森病患者的双侧手部、双侧腿部和腰部等待监测部位,保证固定稳固,以使检测模块在患者运动时不发生晃动,参照图3,将5个运动与肌电检测模块分别固定于患者的左右上肢、左右下肢和腰部;将语音记录模块通过夹子固定于帕金森病患者上衣衣领或前胸等处,确保语音记录模块可以清晰记录患者的语音信号,安装工作结束后帕金森病患者进行常规运动评定项目,同时终端处理设备通过其显示屏和播放器可播放相应常规运动评定项目的指导视频;
在患者完成上述相应项目动作时,多个运动与肌电检测模块和语音记录模块可将实时采集的信号通过WiFi模块传输至终端处理设备进行分析处理,从而可对患者每个运动功能评定的内容给出量化指标。
在另一种实例中,还包括:
第一状态指示灯,其电连接于所述第一微处理器的输出端;第二状态指示灯,其电连接于所述第二微处理器的输出端,所述第一、二状态指示灯分别用以指示各运动与肌电检测模块和语音记录模块的工作状况,防止各模块发生异常影响对结果的判断。
上述方案中,所述运动传感器为九轴运动传感器,其具有封装于同一芯片的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计,用以从多个维度检测帕金森病患者特定身体部位的运动信号。
上述方案中,所述肌电传感器采用能够同时采集2~8个通道生物电势信号的模拟前端芯片,首先针对某一待检测区域划分为几个区域,每个通道对应的测量电极分别分布在划定的区域进行检测,既保证了对帕金森病患者特定身体部位的多通道肌电信号的检测,又减少了信号采集系统的成本、功耗,和信号处理的复杂度。
上述方案中,所述肌电传感器的测量电极选用差分电极,既便于携带,且测量时也对皮肤无损伤性。
上述方案中,所述第一微处理器和第一WiFi通信模块、第二微处理器和第二WiFi通信模块均为内置WiFi连通性的单片微控制器单元CC3200芯片,该芯片可以实现微控制器和WiFi通信两个功能,以进一步减小传感器的体积和重量,实现系统微型化。
上述方案中,所述第一电源管理模块和第二电源管理模块均具有电源管理电路和连接于所述电源管理电路的输出端的电池,所述电池为可充电电池,增加了系统的便携性。
上述方案中,所述第一电源管理模块和第二电源管理模块均设有USB接口,所述USB接口连接于所述电源管理电路的输入端用以对可充电电池充电。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本发明时,可以根据使用者需求实施不同的态样。
在另一实例中,应用所述评估系统进行多节点帕金森病症状定量评估的方法的一种实现形式,包括如下步骤:
1)将至少两个所述运动与肌电检测模块固定于帕金森病患者的不同部位;
2)将所述语音记录模块固定于可清晰记录所述帕金森病患者语音信号的位置;
3)通过Wifi协议,建立所述至少两个所述运动与肌电检测模块、语音记录模块和终端处理设备之间的无线连接,以保证系统各部件时间的同步;
4)在所述终端处理设备上根据帕金森病患者需要进行的运动功能评定内容选择需要进行的运动功能评定项目,同时在所述显示屏上显示所述运动功能评定项目的指导视频,引导帕金森病患者相应动作的顺利完成;
5)帕金森病患者完成所述运动功能评定项目的同时,所述至少两个所述运动与肌电检测模块和语音记录模块分别将采集的信号通过WiFi传输至终端处理设备;
6)所述终端处理设备将接收的信号保存于所述存储单元,同时对所述信号进行分析处理并进行量化定级。
上述方案中,帕金森病患者需要进行的运动功能评定内容,包括右上肢、左上肢、右下肢、左下肢的静止性震颤、姿势性震颤、强直,左右手手指拍打试验,左右手运动,左右手轮替运动,腿部灵活性,步态,姿势稳定性等。所述运动功能评定内容根据具体的运动功能评定项目来实现,所述运动功能评定项目包括单一任务项目和双任务项目,
其中,所述单一任务项目包括:
a、摆臂行走:患者坐在椅子上,起立,行走10米往返,坐回椅子;
b、连续翻腕:患者平举双臂,然后以最快的速度左右手同时完成18~22次的连续翻腕动作;
c、静坐抬腿:患者坐在椅子上,然后以最快的速度单腿连续踩上一个台阶再回到地面,完成18~22次,然后,另一条腿完成相同动作;
d、静止站立:患者分别完成睁眼静止站立和闭眼静止站立动作,在此过程中,测试对象双臂自然下垂,身体不接触任何物体;
所述双任务项目为:病人在完成所述摆臂行走动作的同时,进行报数,所述报数分为两种:正数和倒数,其中正数可以随机选取一个小于10的整数(如8),每次报数的时候加7,即报数的数字为7,15,22,29,……;倒数可以随机选取一个较大的整数(如100),每次报数的时候减3,即报数的数字为97,94,91,88,……。
上述方案中:
运动时人体上肢有规律地摆动可以起到抵消身体沿中轴扭转力的作用,从而有利于维护身体的协调与稳定,而且上肢摆动幅度频率的变化可以调整人体运动过程中重心的偏移从而增加运动效率,减少不必要的能量消耗。针对上肢摆动的重要作用,终端处理设备分析计算的运动学参数主要包括:摆动幅度、摆动速度、摆动角度、摆动节律性、左右手摆动的对称性和手腕的震颤程度等。
下肢运动功能的评价主要分析下肢的运动异常情况,目前主流技术就是基于步态参数的计算和分析。本系统针对帕金森患者下肢的临床表现,终端处理设备主要分析计算的运动学参数包括:步幅、步态节律性、步态对称性、跨步角度、步态相位检测、冻结步态和步态周期等。
躯干的评价主要是指身体在静止站立、旋转和伸曲时维持平衡的能力,一般情况下,躯干的评价在全身的整体运动功能评价之中。根据所设计的实验范式动作,终端处理设备分析计算的参数包括:躯干旋转的角度、摆动的面积、摆动的轨迹、摆动的频率、摆动的范围程度、动作转换的灵敏度、上下肢的协调性等。
双任务模式可以从第一任务分散受试者的注意力,产生更贴近生活的自然环境,这种环境下的行为能力更有代表性,双任务模式被广泛用于检查分散注意力对执行功能的影响。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的多节点帕金森病症状定量评估系统和方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种多节点帕金森病症状定量评估系统,其特征在于,包括:
多个运动与肌电检测模块,每个运动与肌电检测模块具有第一微处理器,分别电连接于所述第一微处理器输入端的运动传感器和肌电传感器,电连接于所述第一微处理器输出端的第一WiFi通信模块,以及第一电源管理模块,其中所述第一电源管理模块的输出端分别电连接于所述运动传感器、肌电传感器、第一微处理器和第一WiFi通信模块;
语音记录模块,其具有顺次电连接的麦克风、信号调理电路、模数转换器、第二微处理器及第二WiFi通信模块,并且所述麦克风、信号调理电路、模数转换器、第二微处理器及第二WiFi通信模块分别与第二电源管理模块的输出端电连接;
终端处理设备,其输出端分别电连接有显示屏、扬声器,所述终端处理设备还双向电连接有第三WiFi通信模块。
2.如权利要求1所述的多节点帕金森病症状定量评估系统,其特征在于,还包括:
第一状态指示灯,其电连接于所述第一微处理器的输出端;
第二状态指示灯,其电连接于所述第二微处理器的输出端;
存储单元,其电连接于所述终端处理设备的输出端。
3.如权利要求1所述的多节点帕金森病症状定量评估系统,其特征在于,所述运动传感器为九轴运动传感器,其具有封装于同一芯片的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。
4.如权利要求1所述的多节点帕金森病症状定量评估系统,其特征在于,所述肌电传感器采用能够同时采集2~8个通道生物电势信号的模拟前端芯片,所述肌电传感器的测量电极选用差分电极。
5.如权利要求1所述的多节点帕金森病症状定量评估系统,其特征在于,所述第一微处理器和第一WiFi通信模块、第二微处理器和第二WiFi通信模块均为内置WiFi连通性的单片微控制器单元。
6.如权利要求1所述的多节点帕金森病症状定量评估系统,其特征在于,所述第一电源管理模块和第二电源管理模块均具有电源管理电路和连接于所述电源管理电路的输出端的电池,所述电池为可充电电池。
7.如权利要求6所述的多节点帕金森病症状定量评估系统,其特征在于,所述所述第一电源管理模块和第二电源管理模块均设有USB接口,所述USB接口连接于所述电源管理电路的输入端。
8.一种应用如权利要求1评估系统进行多节点帕金森病症状定量评估的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将至少两个所述运动与肌电检测模块固定于帕金森病患者的不同部位;
2)将所述语音记录模块固定于可清晰记录所述帕金森病患者语音信号的位置;
3)通过Wifi协议,建立所述至少两个所述运动与肌电检测模块、语音记录模块和终端处理设备之间的无线连接,以保证系统各部件时间的同步;
4)在所述终端处理设备上选择所述帕金森病患者需要进行的运动功能评定项目,同时在所述显示屏上显示所述运动功能评定项目的指导视频,引导帕金森病患者相应动作的顺利完成;
5)帕金森病患者完成所述运动功能评定项目的同时,所述至少两个所述运动与肌电检测模块和语音记录模块分别将采集的信号通过WiFi传输至终端处理设备;
6)所述终端处理设备将接收的信号保存于所述存储单元,同时对所述信号的运动学参数进行分析处理并进行量化定级。
9.如权利要求8所述多节点帕金森病症状定量评估的方法,其特征在于,所述运动功能评定项目包括单一任务项目和双任务项目,
其中,所述单一任务项目包括:
a、摆臂行走:患者坐在椅子上,起立,行走10米往返,坐回椅子;
b、连续翻腕:患者平举双臂,然后以最快的速度左右手同时完成18~22次的连续翻腕动作;
c、静坐抬腿:患者坐在椅子上,然后以最快的速度单腿连续踩上一个台阶再回到地面,完成18~22次,然后,另一条腿完成相同动作;
d、静止站立:患者分别完成睁眼静止站立和闭眼静止站立动作,在此过程中,测试对象双臂自然下垂,身体不接触任何物体;
所述双任务项目为:病人在完成所述摆臂行走动作的同时,进行报数,所述报数分为两种:正数和倒数,其中正数可以随机选取一个小于10的整数,每次加上特定数字依次报数;倒数可以随机选取一个较大的整数,每次减去特定的数字依次报数。
10.如权利要求8所述多节点帕金森病症状定量评估的方法,其特征在于,所述步骤6)中运动学参数包括摆动幅度、摆动速度、摆动角度、摆动节律性、左右手摆动的对称性和手腕的震颤程度、步幅、步态节律性、步态对称性、跨步角度、步态相位检测、冻结步态和步态周期、躯干旋转的角度、摆动的面积、摆动的轨迹、摆动的频率、摆动的范围程度、动作转换的灵敏度、上下肢的协调性。
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