[發明專利]基于多模態信號同步的凍結步態采集分析系統及方法

有效

• 申請號: 202011275723.4
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112370049B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 巫嘉陵;韓建達;于寧波;于洋;朱志中;孫玉波
• 申請（專利權）人: 天津市環湖醫院（天津市神經外科研究所;天津市腦系科中心醫院）;南開大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發明涉及一種基于多模態信號同步的凍結步態采集分析系統及方法，其技術特點是：該系統包括功能近紅外光譜腦成像系統、肌電信號測量系統和地面反作用力測量系統，所述肌電信號測量系統安裝有實時打標軟件，該肌電信號測量系統與功能近紅外光譜腦成像系統、和地面反作用力測量系統相連接并在實時打標軟件的控制下實現腦皮層血紅蛋白濃度信號、表面肌肉電信號和足底壓力信號采集分析功能。本發明采用多模態信號同步采集方式，使得數據分析的時間一致性，實現了所需設備之間的時間同步功能，并且在每個實驗中，fNIRS、sEMG和vGRF信號同時被記錄下來并用于步態分析，并能夠對多模態信號進行相關分析，實現了評估的連續性功能。

技術領域

本發明屬于人工智能技術領域，尤其是一種基于多模態信號同步的凍結步態采集分析系統及方法。

背景技術

帕金森病是一種神經退行性疾病，其運動功能障礙的特征主要有如下四種：靜止性震顫、僵硬、運動遲緩和姿勢不穩。由于帕金森患者存在上述運動功能障礙，因此，其生活質量受到嚴重影響。

隨著功能近紅外技術(functional near-infrared-spectroscopy,fNIRS)的發展，人類腦部氧合血紅蛋白(HBO)可以被讀取和定量分析。fNIRS是一種利用神經-血管耦合理論的較新的光學神經成像技術。神經-血管耦合是由神經元活動或膠質細胞活動引起的，這種活動可促使活動腦區的血流增強，以滿足神經元組織的能量需求。基于這些神經皮層組織的血流動力學反應，fNIRS技術可以通過HBO的變化來間接地評估大腦激活程度。

帕金森病患者的震顫和僵硬特征可以直接在肌電信號(sEMG)中發現，通過對肌電信號的預處理和特征提取，可以定量分析帕金森病患者的震顫和強直。

帕金森病患者的肌肉問題和軸向癥狀也會導致步態表現異常。步態功能障礙可用于評估帕金森病患者的生活質量、跌倒風險甚至死亡率。在能夠自行行走的患者中，行走時的獨特外力是地面反作用力(vGRF)。因此，記錄豎直方向的vGRF并分析患者的步態，可以對醫生的評估起到輔助作用。

上述腦皮層血紅蛋白濃度、肌電信號、足底壓力信息可用于帕金森病患者特征分析，但是，由于現有測試設備相互獨立，這些設備之間的時間不同步，數據測量及數據分析的時間也是不一致的，無法對采集的信號同時記錄，同時，由于時間的不同步，因此無法對多模態信號進行相關分析，更無法實現評估的連續性功能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種設計合理、實時性強且準確性高的基于多模態信號同步的凍結步態采集分析系統及方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于多模態信號同步的凍結步態采集分析系統，包括功能近紅外光譜腦成像系統、肌電信號測量系統和地面反作用力測量系統，所述肌電信號測量系統安裝有實時打標軟件，該肌電信號測量系統與功能近紅外光譜腦成像系統、和地面反作用力測量系統相連接并在實時打標軟件的控制下實現腦皮層血紅蛋白濃度信號、表面肌肉電信號和足底壓力信號采集分析功能。

進一步，所述功能近紅外光譜腦成像系統包括近紅外測量設備和fNIRS系統主機，該近紅外測量設備測量的fNIRS信號通過無線方式傳輸至fNIRS系統主機中，在fNIRS系統主機內安裝有fNIRS信號采集分析軟件；所述近紅外測量設備包括16個近紅外信號源、18個探測器,近紅外測量設備使用的近紅外光波長分別為760和850nm，采樣率為10Hz。

進一步，所述肌電信號測量系統包括無線表面肌電設備、無線采集器、sEMG系統主機，該無線表面肌電設備測量的表面肌電信號通過無線方式傳輸至無線采集器，該無線采集器通過采用USB轉串口線與sEMG系統主機相連接并進行數據交互，在sEMG系統主機內安裝有sEMG信號采集分析軟件；所述表面肌電設備的采樣頻率為2000Hz。