CN113341797A - 一种非接触式指尖震颤记录系统与方法 - Google Patents

一种非接触式指尖震颤记录系统与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非接触式指尖震颤记录系统，包括数据采集模块、数据处理模块、显示交互模块、数据储存与分析模块，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述数据储存与分析模块的输入端连接，所述显示交互模块包括输入部分和显示部分，所述输入部分的输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述显示部分的输入端连接。本发明还提供了一种非接触式指尖震颤记录方法。本发明的有益效果是：提供了一种非接触式指尖震颤记录系统，可以自动完成指尖震颤的记录，无需外部人员的协助，使用方便，成本低。

Description

一种非接触式指尖震颤记录系统与方法
技术领域
本发明涉及指尖震颤记录系统，尤其涉及一种非接触式指尖震颤记录系统与方法。
背景技术
帕金森病是常见的神经系统变性疾病，目前尚不能治愈。其早期患者通过药物治疗多可很好的控制症状，随着疾病发展，药物疗效渐微，病症趋于难以控制，而患者的生活质量也因运动并发症而受到极大影响，如表1所示，帕金森病晚期患者常全身僵硬，生活不能自理，多死于肺炎等并发症。
表1帕金森病病程
Figure BDA0003087761840000011
据统计，中国有将近300万的帕金森病患者，占全球帕金森病患者的一半，是世界上该病患者最多的国家。在中国，帕金森病每年新增患者约10万，而就诊率仅占四成，由于漏诊、误诊等原因，这300万帕金森病患者中，能够真正被诊断和治疗的，不到50万人。由此可见，帕金森病的早期筛查和诊断尤为重要。但是目前存在的检测方法普遍存在价格过高，依赖他人等制约因素。
例如，公开号为CN111154865A的中国发明专利公开的帕金森生物标志物及其在制备检测产品中的应用。该发明公开了帕金森生物标志物及其在制备检测产品中的应用，通过高通量测序结合生物信息学的方法发现了在帕金森患者中呈现差异表达的基因TXLNGY和GMIP，并通过进一步QPCR实验验证了TXLNGY和GMIP在帕金森患者中表达上调，提示TXLNGY和GMIP可作为靶分子应用于帕金森的诊断以及新药的开发。该发明基于的基因检测法存在使用不便，无法家用的制约因素，不便于推广。
例如，公开号为CN105701806A的中国发明专利公开的基于深度图像的帕金森震颤运动特征检测方法及系统。该发明涉及一种基于深度图像的帕金森震颤运动特征检测方法及系统，所述方法包括以下步骤：首先令被检测者佩戴纯色手套，并由检测者人工选定画面中被检测者的手部位置；再通过色调过滤的方法识别分割画面中的手部图像；每一帧都依据上一帧的识别结果进行预测，确定参考点后完成识别；识别结果需从二维坐标转换为三维坐标，选择左上左下右上右下四个顶点以及中心点进行记录，写入文件；处理数据文件，分析拟合得到周期信息。该方法仍需要外部人员的协助，具有局限性。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种非接触式指尖震颤记录系统与方法。
本发明提供了一种非接触式指尖震颤记录系统，包括数据采集模块、数据处理模块、显示交互模块、数据储存与分析模块，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述数据储存与分析模块的输入端连接，所述显示交互模块包括输入部分和显示部分，所述输入部分的输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述显示部分的输入端连接。
作为本发明的进一步改进，所述非接触式指尖震颤记录系统还包括电力供应模块，所述电力供应模块与所述数据采集模块连接。
作为本发明的进一步改进，所述电力供应模块为Mbed LPC1768开发板上的MicroUSB接口。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集模块为Mbed LPC1768开发板，所述MbedLPC1768开发板包括I2C总线接口、USB总线接口、数字及模拟信号输入输出接口、板载控制芯片、板载储存芯片、3.3V及GND供电接口；其中，I2C总线接口用于连接数据采集模块；USB总线接口用于连接计算机，进行数据导出；数字及模拟信号输入输出接口用于连接显示交互模块；板载储存芯片和板载控制芯片组成数据储存与分析模块；3.3V及GND供电接口用于提供电力。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集模块包括Microchip MGC3130静电场传感器和铜质电极，Microchip MGC3130静电场传感器使用I2C总线接口与数据处理模块进行连接，I2C总线频率为400000Hz；铜质电极包括4个接收端Rx电极，1个发射端Tx电极和1个接地端GND电极；4个接收端Rx电极采集到的数据通过I2C总线传输到数据处理模块中。
作为本发明的进一步改进，所述显示交互模块的输入部分包括按钮，所述显示交互模块的显示部分包括LCD液晶显示屏和LED状态指示灯。
作为本发明的进一步改进，所述数据储存与分析模块包括板载储存芯片、USB总线、安装PC端分析程序的计算机和云端数据库；板载储存芯片通过USB总线与计算机连接，计算机通过网络与云端数据库连接。
本发明还提供了一种非接触式指尖震颤记录方法，基于所述的非接触式指尖震颤记录系统，进行以下过程：数据采集模块获取原始电势数据，数据处理模块对原始数据进行处理，显示交互模块与用户进行交互，数据存储与分析模块对数据进行分析并产生检测结果。
作为本发明的进一步改进，Mbed LPC1768开发板接收来自Microchip MGC3130静电场传感器的十六进制电势数据，并将其转化为十进制信息暂存于数组中，且通过初等算法初步估算出手指震颤频率；其中十进制信息传输给数据储存与分析模块进行储存和进一步分析，同时也传输到显示交互模块进行显示；显示交互模块还将接收到估算出的手指震颤频率。
作为本发明的进一步改进，数据处理模块将经过处理的十进制数据储存到板载储存芯片中，在检测完毕后通过USB总线连接到安装PC端分析程序的计算机，并向其传输在板载储存芯片中的数据；PC端分析程序读取数据，通过进一步分析，计算得出用户手指准确的震颤频率；所得的数据和频率通过网络上传到云端数据库中存档备份。
本发明的有益效果是：提供了一种非接触式指尖震颤记录系统，可以自动完成指尖震颤的记录，无需外部人员的协助，使用方便，成本低。
附图说明
图1是本发明一种非接触式指尖震颤记录系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种非接触式指尖震颤记录系统，包括电力供应模块2、数据采集模块3、数据处理模块1、显示交互模块、数据储存与分析模块7。
一种非接触式指尖震颤记录方法，电力供应模块2通过5V USB从外界供电，数据采集模块3获取原始电势数据，数据处理模块1对原始数据进行处理，显示交互模块与用户进行交互，数据存储与分析模块7对数据进行分析并产生检测结果。
所述电力供应模块2采用Mbed LPC1768开发板上的Micro USB接口，可以从任何拥有5V USB供电协议的设备获取电能，包括但不限于充电器、移动电源、个人电脑、手提电话等。
所述数据处理模块1使用Mbed LPC1768开发板，控制程序使用Mbed公司提供的线上编译器Mbed Compiler基于C++语言进行编写；所使用的开发板特征至少包括：I2C总线接口、USB总线接口、数字及模拟信号输入输出接口、板载控制芯片、板载储存芯片、3.3V及GND供电接口；其中I2C总线接口用于连接数据采集模块；USB总线接口用于连接计算机，进行数据导出；数字及模拟信号输入输出接口用于连接显示交互模块；板载储存芯片和板载控制芯片组成数据储存与分析模块；3.3V及GND供电接口为各个模块提供电力；所使用的开发板能够接收来自静电场传感器的十六进制电势数据，并将其转化为十进制信息暂存于数组中，且通过初等算法初步估算出手指震颤频率；其中十进制信息传输给数据储存与分析模块进行储存和进一步分析，同时也传输到显示交互模块进行显示；显示交互模块还将接收到估算出的手指震颤频率。
所述数据采集模块3由Microchip MGC3130静电场传感器和铜质电极组成；Microchip MGC3130传感器使用I2C总线与数据处理模块进行连接，I2C总线频率为400000Hz；所使用的传感器在初次使用前必须在Aurea软件环境中进行参数化校准(Parameterization)，以排除不同环境下的电磁干扰对检测结果造成的影响；所使用的传感器拥有7个电极连接端口，本系统使用了其中6个；该数据采集模块所使用的6个铜质电极，可分类为4个接收端Rx电极，1个发射端Tx电极和1个接地端GND电极；在传感器正常工作时，4个接收端Rx电极都可以采集到数据，所采集到的数据包括但不限于SDData,GestureInfo,TouchInfo,AirWheelInfo等，本系统主要使用其中表示信号偏差的十六进制浮点数据SDData，4个Rx电极采集到的SDData数据通过I2C总线传输到数据处理模块中
所述显示交互模块包括LCD液晶显示屏5、LED状态指示灯6和按钮1；LCD液晶显示屏5的型号为NHD-C12832A1Z-FSW-FBW-3V3，具有背光功能和128x64个灰度像素，背光模块和显示模块均需连接至数据处理模块的3.3V供电；显示屏在通电后即会亮起，显示欢迎菜单，此时LED状态指示灯6亮起；用户通过按下按钮4来开始检测，数据处理模块1和数据采集模块3开始工作，LCD液晶显示屏5接收到来自数据处理模块1的电势数据和手指震颤频率，以肉眼方便分别的10Hz刷新率更新屏幕上的数据，此时LED状态指示灯6亮起；用户再次按下按钮4将会结束检测，回复到初始状态。
所述数据储存与分析模块7包括板载储存芯片，USB总线、PC端分析程序和云端数据库；数据处理模块1将经过处理的十进制数据储存到板载储存芯片中，在检测完毕后通过USB总线连接到安装PC端分析程序的计算机，并向其传输在板载储存芯片中的数据；PC端分析程序读取数据，通过高级算法进行进一步分析，计算得出用户手指准确的震颤频率；所得的数据和频率通过网络上传到云端数据库中存档备份，进行大数据的分析和研究。
所述数据采集模块3使用了Microchip MGC3130静电场传感器。在配合铜质电极使用时，该传感器可以精确检测空间中电极位置的相对电势大小，具有采样频率高，检测位置自由，数据精度高等特点。本发明创新性地将该特点运用于手指震颤的检测当中，主要调用传感器中Signal Deviation部分的数据。传感器与主机连接的I2C总线频率高达400000Hz，远高于可能的手指震颤频率，从而保证了返回数据的连贯性，便利于后期的分析。由于传感器具有精度高的特点，在不同场景使用之前必须在Aurea软件环境中经过Parameterization参数化归零，以排除不同场景下电磁干扰的影响。传感器在用户按下开始按钮后即会开始工作，用户需将手指放置于检测装置上表面的上方1～2cm处并保持静止。传感器同时调用四个电极进行检测，最大程度地避免了由于个体误差导致的误判。
本发明提供的一种非接触式指尖震颤记录系统，是一种快速便携的、低成本的用于帕金森综合症早期症状诊断的记录检测系统。
本发明提供的一种非接触式指尖震颤记录系统，是一款精确度高、针对性强、对患者友好的手部震颤记录仪。作为一款帕金森病智能检测设备，它具有高性价比、高专业性、高实用性的核心竞争力。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非接触式指尖震颤记录系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据处理模块、显示交互模块、数据储存与分析模块，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述数据储存与分析模块的输入端连接，所述显示交互模块包括输入部分和显示部分，所述输入部分的输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与所述显示部分的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的非接触式指尖震颤记录系统，其特征在于：所述非接触式指尖震颤记录系统还包括电力供应模块，所述电力供应模块与所述数据采集模块连接。
3.根据权利要求2所述的非接触式指尖震颤记录系统，其特征在于：所述电力供应模块为Mbed LPC1768开发板上的Micro USB接口。
4.根据权利要求3所述的非接触式指尖震颤记录系统，其特征在于：所述数据采集模块为Mbed LPC1768开发板，所述Mbed LPC1768开发板包括I2C总线接口、USB总线接口、数字及模拟信号输入输出接口、板载控制芯片、板载储存芯片、3.3V及GND供电接口；其中，I2C总线接口用于连接数据采集模块；USB总线接口用于连接计算机，进行数据导出；数字及模拟信号输入输出接口用于连接显示交互模块；板载储存芯片和板载控制芯片组成数据储存与分析模块；3.3V及GND供电接口用于提供电力。
5.根据权利要求4所述的非接触式指尖震颤记录系统，其特征在于：所述数据采集模块包括Microchip MGC3130静电场传感器和铜质电极，Microchip MGC3130静电场传感器使用I2C总线接口与数据处理模块进行连接，I2C总线频率为400000Hz；铜质电极包括4个接收端Rx电极，1个发射端Tx电极和1个接地端GND电极；4个接收端Rx电极采集到的数据通过I2C总线传输到数据处理模块中。
6.根据权利要求5所述的非接触式指尖震颤记录系统，其特征在于：所述显示交互模块的输入部分包括按钮，所述显示交互模块的显示部分包括LCD液晶显示屏和LED状态指示灯。
7.根据权利要求6所述的非接触式指尖震颤记录系统，其特征在于：所述数据储存与分析模块包括板载储存芯片、USB总线、安装PC端分析程序的计算机和云端数据库；板载储存芯片通过USB总线与计算机连接，计算机通过网络与云端数据库连接。
8.一种非接触式指尖震颤记录方法，其特征在于：基于如权利要求7所述的非接触式指尖震颤记录系统，进行以下过程：数据采集模块获取原始电势数据，数据处理模块对原始数据进行处理，显示交互模块与用户进行交互，数据存储与分析模块对数据进行分析并产生检测结果。
9.根据权利要求8所述的非接触式指尖震颤记录方法，其特征在于：Mbed LPC1768开发板接收来自Microchip MGC3130静电场传感器的十六进制电势数据，并将其转化为十进制信息暂存于数组中，且通过初等算法初步估算出手指震颤频率；其中十进制信息传输给数据储存与分析模块进行储存和进一步分析，同时也传输到显示交互模块进行显示；显示交互模块还将接收到估算出的手指震颤频率。
10.根据权利要求9所述的非接触式指尖震颤记录方法，其特征在于：数据处理模块将经过处理的十进制数据储存到板载储存芯片中，在检测完毕后通过USB总线连接到安装PC端分析程序的计算机，并向其传输在板载储存芯片中的数据；PC端分析程序读取数据，通过进一步分析，计算得出用户手指准确的震颤频率；所得的数据和频率通过网络上传到云端数据库中存档备份。
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