[發(fā)明專利]帕金森病人運動障礙量化及識別的可穿戴設(shè)備有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010414484.X | 申請日： | 2020-05-15 |
| 公開（公告）號： | CN111544006B | 公開（公告）日： | 2021-10-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 彭亮;侯增廣;劉镕愷 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院自動化研究所 |
| 主分類號： | A61B5/11 | 分類號： | A61B5/11;A61B5/00 |
| 代理公司： | 北京市恒有知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11576 | 代理人： | 郭文浩;尹文會 |
| 地址： | 100190 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 帕金森 病人 運動障礙 量化 識別 穿戴 設(shè)備 | ||
1.一種帕金森病人運動障礙量化及識別的可穿戴設(shè)備，其特征在于，該可穿戴設(shè)備包括運動信號測量模塊、數(shù)據(jù)處理終端；
所述運動信號測量模塊包括手腕慣性測量單元、腳踝慣性測量單元，用于獲取被測對象及健康者行走、站立、轉(zhuǎn)身時的手腕運動信號、腳踝運動信號，進行信號的特征提取并將提取的特征發(fā)送至數(shù)據(jù)處理終端；
所述腳踝慣性測量單元設(shè)置有一個低功耗藍牙通訊模塊，用于將提取的腳踝特征發(fā)送至所述手腕慣性測量單元；所述腳踝慣性測量單元基于腳踝運動信號提取的特征包括分位數(shù)、運動信號最大值；
所述手腕慣性測量單元設(shè)置有兩個低功耗藍牙通訊模塊，分別用于接收腳踝慣性測量單元發(fā)送的特征以及將手腕和腳踝的特征發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理終端；所述手腕慣性測量單元基于手腕運動信號提取的特征包括標準差、能量絕對值、運動信號最大值、分位數(shù)、慣性傳感器中陀螺儀Y軸和Z軸的交叉過零點；所述手腕慣性測量單元的X軸指向手指方向，為其內(nèi)置的慣性傳感器的X軸；
所述數(shù)據(jù)處理終端基于所述提取的特征，通過預(yù)設(shè)的帕金森病人運動障礙量化及識別方法，獲取被測對象的病情程度并輸出；
其中，所述預(yù)設(shè)的帕金森病人運動障礙量化及識別方法為：
步驟S10，對手腕運動信號、腳踝運動信號進行重采樣，并通過預(yù)設(shè)的第一算法將重采樣后的信號合成加速度器信號，并通過五階橢圓帶通濾波器對所述加速度器信號、手腕運動信號、腳踝運動信號濾波；
步驟S20，通過預(yù)設(shè)的第一滑動窗口計算所述加速度器信號Z軸的信號功率，并以大于設(shè)定上限的信號功率對應(yīng)的點作為起始位置，小于設(shè)定下限的信號功率對應(yīng)的點作為結(jié)束位置，計算所述起始位置與結(jié)束位置之間的距離，以所述距離大于設(shè)定閾值的作為一個時間間隔，得到行走間隔；
步驟S30，通過預(yù)設(shè)的第二滑動窗口在所述行走間隔內(nèi)分別獲取被測對象及健康者的重采樣的手腕運動信號、腳踝運動信號的窗口數(shù)據(jù)，將所述窗口數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)幀，分別提取所述數(shù)據(jù)幀內(nèi)被測對象及健康者的步態(tài)特征，并通過卡方檢驗方法分別選擇被測對象及健康者的設(shè)定數(shù)量的步態(tài)特征作為最佳步態(tài)特征；
步驟S40，將所述最佳步態(tài)特征歸一化為步態(tài)特征向量，通過訓(xùn)練好的支持向量機進行所述步態(tài)特征向量的分類，并通過預(yù)設(shè)的第二算法計算被測對象相對于健康者的陽性率Pr；所述支持向量機的核函數(shù)為徑向基函數(shù)；
步驟S50，若Pr＞0.9，則被測對象為重度帕金森病人；若0.9＞Pr≥0.6，則被測對象為中度帕金森病人；若0.6＞Pr≥0.5，則被測對象為輕度帕金森病人；若Pr＜0.5，則被測對象為非帕金森病人。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帕金森病人運動障礙量化及識別的可穿戴設(shè)備，其特征在于，所述腳踝慣性測量單元的X軸指向腳趾方向；所述腳踝慣性測量單元的X軸為其內(nèi)置的慣性傳感器的X軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帕金森病人運動障礙量化及識別的可穿戴設(shè)備，其特征在于，所述手腕慣性測量單元、腳踝慣性測量單元分別設(shè)置于所述被測對象及健康者的身體不同側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帕金森病人運動障礙量化及識別的可穿戴設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的第一算法為：
其中，As為合成的加速度器信號，Ax、Ay、Az分別代表慣性傳感器中三軸加速度計X、Y、Z軸分量的加速度信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帕金森病人運動障礙量化及識別的可穿戴設(shè)備，其特征在于，所述徑向基函數(shù)為：
其中，xi、xj分別代表帕金森病人和健康者的步態(tài)特征向量，是大于0的徑向基函數(shù)的帶寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帕金森病人運動障礙量化及識別的可穿戴設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的第二算法為：
其中，Dp為支持向量機分類器的陽性結(jié)果輸出的數(shù)量，D代表在設(shè)定時間段內(nèi)第二滑動窗口獲取的數(shù)據(jù)幀的總數(shù)量。
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