CN201533842U

CN201533842U - 穿戴式手臂震颤检测装置

Info

Publication number: CN201533842U
Application number: CN2009201867988U
Authority: CN
Inventors: 孙建; 葛运建; 梁文渊; 冯勇; 余永; 宋全军; 孙玉苹; 王以俊
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2019-08-04

Abstract

本实用新型涉及一种穿戴式手臂震颤检测装置，包括穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统、穿戴式手部震颤检测系统和信号处理系统；检测系统采用独立模块结构，其中的DSP处理器单元与各自的传感器模块、无线通信单元和供电单元相联接；信号处理系统的DSP中央处理器单元和无线通信单元、显示器、语音报读器和供电单元相联接；检测系统的DSP处理器单元经无线通信单元与信号处理系统的DSP中央处理器单元联接。根据需要，患者可以使用上述三种检测系统的任意一种、两种或者全部。本实用新型采用模块化结构，使用灵活，穿戴方便，能够实时检测帕金森病患者以及其他类似震颤患者的手臂运动信息。

Description

穿戴式手臂震颤检测装置

技术领域

本实用新型属于人体生理检测系统，尤其涉及一种具有无线通信、穿戴方便、能够实时检测人体手臂震颤的穿戴式手臂震颤检测装置。

背景技术

震颤是一种不自主的、有节律性的、近似正弦往返摆动的肢体运动。40岁以上的中老年人有5％的人患有震颤疾病，特别是帕金森氏病，为近一二十年发病率呈上升趋势的常见病。震颤常见与人的肢体特别是手臂，影响精细动作、书写和餐饮，严重时可对病人的日常生活、工作、社会交往等带来诸多不便。

手臂震颤度是一种能够客观评价人体手臂震颤程度的定量指标，这个指标是根据人体手臂能传递人体重要医学信息的特性而发明的，现已成为医学检测与诊断的依据之一。同时，手臂震颤度也可用作健康检查、体能测试、康复评定，以及心理测试的一项新的重要指标。

手臂震颤度需要有专用的仪器进行客观的测定，为了便于普及应用，检测设备和测试过程应尽可能简便可靠。目前为止，市场上还未出现商用的人体手臂震颤检测装置。上海交通大学、大连理工大学、清华大学在上世纪80年代进行了有关于手臂稳定度的相关研究，分别设计出简易的手臂稳定度检测装置。但这些装置存在如下问题：1.装置过于庞大，无法满足“便携式”要求，导致其无法普及实用；2.检测功能过于简单，软件系统过于简化，测试过程过于复杂；3.所采用的传感器种类过少，获取的信息不足，无法获取用于衡量手臂震颤度的肘部、腕部和手部的三维加速度信息、三维角加速度信息以及三维倾角信息，不能充分反映人体手臂震颤运动特征。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述设备技术不足，提供一种穿戴式手臂震颤检测装置，实时检测震颤患者的震颤运动信息；确定手臂震颤度，为医生诊断震颤患者的病情提供诊断依据；同时，该装置也可以为震颤运动的抑制提供信息。

本实用新型的技术方案是：穿戴式手臂震颤检测装置，包括穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统穿戴式手部震颤检测系统和信号处理系统；检测系统采用独立模块结构，其中的DSP处理器单元与各自的传感器模块、无线通信单元和供电单元相联接；信号处理系统的DSP中央处理器单元和无线通信单元、显示器、语音报读器和供电单元相联接；检测系统的DSP处理器单元经无线通信单元与信号处理系统的DSP中央处理器单元联接。

所述穿戴式肘关节震颤检测系统的传感器模块包括依次连接的多轴向加速度传感器、多轴向陀螺仪、多轴向倾角仪；

所述穿戴式腕关节震颤检测系统的传感器模块包括依次连接的多轴向加速度传感器、多轴向陀螺仪、多轴向倾角仪；

所述穿戴式手部震颤检测系统的传感器模块包括依次连接的三个多轴向加速度传感器，分别用于测量食指、中指以及无名指的加速度信息；

根据使用者的需求，所述穿戴式手臂震颤检测装置可以为穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统、穿戴式手部震颤检测系统的任意一种、两种或全部；

所述穿戴式手臂震颤检测装置采用肘-腕-手式穿戴结构，穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统、穿戴式手部震颤检测系统、信号处理系统分别穿套在患者手臂的肘关节、腕关节、手部和前臂。

本实用新型的优点与积极效果：

其一，安装多种类型传感器，震颤运动检测功能强大。该装置既能检测手臂的俯仰角、翻滚角、偏移等倾角信息以及肘关节和腕关节的三维角加速度等信息，也能检测人体手臂震颤运动的三维加速度信息，功能丰富。

其二，模块化设计，使用灵活。该装置可以为穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统、穿戴式手部震颤检测系统的任意一种、两种或者全部。

其三，操作简单、实用化程度高。该装置操作简单，不需要操作柄、键盘等复杂的操作装置，便于实用。

其四，结构简单、穿戴方便。该装置采用肘-腕-手式“穿套”结构，穿戴方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为穿戴式手臂震颤检测装置的穿戴效果图；

图3为本实用新型的系统操作流程图；

其中，000为信号处理系统，001为DSP中央处理器，002为无线通信单元，003为存储模块，004为USB接口，005为显示器，006为语音报读器，007为供电单元；100为穿戴式肘关节震颤检测系统，101为传感器模块，102为加速度传感器，103为陀螺仪，104为倾角仪，105为USB接口，106为DSP处理器，107为无线通信单元，108为供电单元；200为穿戴式腕关节震颤检测系统，201为传感器模块，202加速度传感器，203为陀螺仪，204为倾角仪，205为USB接口，206为DSP处理器，207为无线通信单元，208为供电单元；300为穿戴式手部震颤检测系统，301为传感器模块，302加速度传感器，303为加速度传感器，304为加速度传感器，305为USB接口，306为DSP处理器，307为无线通信单元，308为供电单元；500为人体手臂。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、图2所示，本实用新型中的穿戴型手臂震颤检测装置包括穿戴式肘关节震颤检测系统100、穿戴式腕关节震颤检测系统200、穿戴式手部震颤检测系统300和信号处理系统000。

本实用新型中的穿戴式肘关节震颤检测系统100包括传感器模块101、DSP处理器106、无线通信单元107、USB接口105和供电单元108；传感器模块101包括加速度传感器102、陀螺仪103、倾角仪104，分别用于采集肘关节震颤运动的加速度信息、角速度信息以及倾角信息；DSP处理器106用于对传感器模块101采集到的肘关节运动信息进行滤波、放大以及数字化处理；无线通信单元107用于传输DSP处理器106处理后的数据；USB接口105用于与PC计算机之间的通信，以便于将数据导入PC计算机中；供电单元108用于提供3.3V或5V直流电源，以满足整个肘关节震颤检测系统的供电需要。

本实用新型中的穿戴式腕关节震颤检测系统200包括传感器模块201、DSP处理器206、无线通信单元207、USB接口205和供电单元208；传感器模块201包括加速度传感器202、陀螺仪203、倾角仪204，分别用于采集肘关节震颤运动的加速度信息、角速度信息以及倾角信息；DSP处理器206用于对传感器模块201采集到的肘关节运动信息进行滤波、放大以及数字化处理；无线通信单元207用于传输DSP处理器206处理后的数据；USB接口205用于与PC计算机之间的通信，以便于将数据导入PC计算机中；供电单元208用于提供3.3V或5V直流电源，以满足整个肘关节震颤检测系统的供电需要。

本实用新型中的穿戴式手部震颤检测系统300包括传感器模块301、DSP处理器306、无线通信单元307、USB接口305和供电单元308；传感器模块301包括加速度302、加速度303、加速度304，分别用于采集手部食指、中指以及无名指的加速度信息；DSP处理器306用于对传感器模块301采集到的手指运动信息进行滤波、放大以及数字化处理；无线通信单元307用于传输DSP处理器306处理后的数据；USB接口305用于与PC计算机之间的通信，以便于将数据导入PC计算机中；供电单元308用于提供3.3V或5V直流电源，以满足整个手部震颤检测系统的供电需要。

本实用新型可以在穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统和穿戴式手部震颤检测系统中的任意选择一种或任意选择两种进行组合，也可以包括全部。

本实用新型中的信号处理系统000包括DSP中央处理器001、无线通信单元002、存储模块003、USB接口004、显示器005、语音报读器006和供电单元007；无线通信单元002接收穿戴式肘关节震颤检测系统100、穿戴式腕关节震颤检测系统200和穿戴式手部震颤检测系统300获取的手臂运动信息；DSP中央处理器001对这些运动信息进行处理，利用特殊算法(“两阶段”自适应滤波预测算法)，分离患者手臂的正常运动信息和震颤运动信息，获取其震频、振幅、频谱等参数；同时，显示器005和语言报读器006发出提示，报出患者手臂主动运动和震颤运动的各个参数；USB接口004用于与PC计算机之间的通信，以便于将数据导入PC计算机中；供电单元007用于提供3.3V或5V直流电源，以满足手部震颤检测系统的供电需要。

实施例：

本实施例中，穿戴式手臂震颤检测装置包括穿戴式肘关节震颤检测装置100、穿戴式腕关节震颤检测装置200、穿戴式手部震颤检测装置300、信号处理系统000。

本实施例中，加速度传感器102、加速度传感器202、加速度传感器302、加速度传感器303和加速度传感器304采用Freescale公司的三轴加速度传感器MMA7260；陀螺仪103、陀螺仪203采用日本Murata公司的三轴陀螺仪GYROSTARENC-03M，这种芯片采用表面封装形式，具有体积小，功耗小，性能优良，便于集成等特点；倾角仪103、倾角仪303采用美国克尔斯博科技公司的CXTA三轴倾角计；DSP中央处理器001、DSP处理器106、DSP处理器206和DSP处理器306采用TI公司的TMS320VC5402，利用该型号DSP集成度高，处理速度快，性能稳定，可扩展性强等特点；与DSP处理器相连的无线通信单元002、107、207、307均采用以Bluecore02为内核的BCM-05芯片，这种芯片体积小，功耗低，满足蓝牙1.1规范，用于穿戴式肘关节震颤检测系统100、穿戴式腕关节震颤检测系统200、穿戴式手部震颤检测系统300与信号处理系统000之间的数据传输。

工作流程：如图3所示，将本实用新型提出的穿戴式手臂震颤检测装置通过柔性链接机构安装在人体手臂的肘关节、腕关节和手部，信号处理系统000固定在人体前臂。在实际生活中，当患者穿戴本实用新型中的穿戴型手臂震颤检测装置进行写字、抬臂等日常活动时，使用者开机后(步骤400)，启动各单元系统，各单元进行初始化，进入工作状态(步骤401)；各单元系统自检(步骤402)；如果自检发现异常(步骤403)？，则各单元下电(步骤413)，停止工作(步骤414)；如果自检正常(步骤403)？，则震颤检测系统开始工作(步骤404)；各单元震颤检测装置分别获取患者手臂的肘关节、腕关节和手指的三维加速度信息、三维角速度信息、三维倾角信息，分别通过各部分DSP处理器进行滤波、放大和数字化处理(步骤405)；这些信息分别通过无线通信单元107、207、307传输到信号处理系统000(步骤406)；无线通信单元002获取手臂运动信息(步骤407)，经过二次滤波处理，传输到DSP中央处理器001(步骤408)；“两阶段”自适应滤波算法是一种特殊算法，能够分离患者手臂的正常运动信息和震颤运动信息(步骤409)；如果停止指令(步骤510)，则各单元下电(步骤413)，工作结束(步骤414)；如果不停止指令，获取震颤运动的震频、振幅、频谱等参数(步骤411)；经过变换处理，最终得到人体手臂震颤度(步骤412)。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的结构做任何形式的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims

1.穿戴式手臂震颤检测装置，其特征在于：该装置包括穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统、穿戴式手部震颤检测系统和信号处理系统；检测系统采用独立模块结构，其中的DSP处理器单元与各自的传感器模块、无线通信单元和供电单元相联接；信号处理系统的DSP中央处理器单元和无线通信单元、显示器、语音报读器和供电单元相联接；检测系统的DSP处理器单元经无线通信单元与信号处理系统的DSP中央处理器单元联接。

2.根据权利要求1所述的穿戴式手臂震颤检测装置，其特征在于：所述穿戴式肘关节震颤检测系统的传感器模块包括依次连接的多轴向加速度传感器、多轴向陀螺仪、多轴向倾角仪。

3.根据权利要求1所述的穿戴式手臂震颤检测装置，其特征在于：所述穿戴式腕关节震颤检测系统的传感器模块包括依次连接的多轴向加速度传感器、多轴向陀螺仪、多轴向倾角仪。

4.根据权利要求1所述的穿戴式手臂震颤检测装置，其特征在于：所述穿戴式手部震颤检测系统的传感器模块包括依次连接的三个多轴向加速度传感器，分别用于测量食指、中指以及无名指的加速度信息。

5.根据权利要求1所述的穿戴式手臂震颤检测装置，其特征在于：该装置为肘-腕-手式穿戴结构，穿戴式肘关节震颤检测系统、穿戴式腕关节震颤检测系统、穿戴式手部震颤检测系统、信号处理系统分别穿套在患者手臂的肘关节、腕关节、手部和前臂。