基于可穿戴式的帕金森病人步态功能评价系统

变换成高频交流电,高频交流电送到线圈进行耦合,接收端输出高 频电流,后再经全桥整流电路变成直流电为电池供电。(如图3)
1.3.2 本系统无线充电模块解决方案 本系统采用XKT-510以及T3168芯片为主要芯片进行无线充 电功能的实现,XKT-510采用电磁能量转换原理并配合接收部分做 能量转换及电路的实时监控;负责各项电池的快速充电智能控制, 且只需少量外围元件即可实现。 经测试,为了有效地输出可靠的充电电压,模块必须提供合适 的收发端间距以及元器件参数。在12V电源供电下,接收端和发射端 的间距在1cm左右时,能够有效输出4.2V锂电池正常充电电压,从而 实现电池的无线充电。
生物技术 世界
生命科学与实验研究
基于可穿戴式的帕金森病人步态功能评价系统
李思雨 孙炜航 顾晓卉 杜逸昊 (东南大学生物科学与医学工程学院 江苏南京 210096)
摘要: 帕金森病是严重危害人类健康和生命安全的常见的难治性疾病,因此帕金森病的预防与治疗已是当务之急。本文设计了一套基于穿戴式
的多节点传感网来评价帕金森病人的运动功能。采用无线通信技术,使用三轴加速度传感器采集帕金森患者完成实验范式动作时的加速度及角速度
LI Si-yu, SUN Wei-hang, GU Xiao-hui, DU Yi-hao School of Biological Science and Medical Engineering, Southeast University, Nanjing Jiangsu 210096,China
1 运动数据采集系统的硬件设计
由于PD患者的运动功能症状出现在全身不同部位,为了全面 评价患者的整体运动功能,需要采集不同部位的运动信息。加速度 计能准确反映运动状态,广泛应用于步态分析,运动状态识别等领 域。本研究提出基于加速度计的多终端人体运动信号采集系统,用 于实现PD病人运动功能的量化评本电脑,与各节点通过无线通信模块进行通讯。上位机发 出控制指令,传感节点根据指令进行数据采集,数据传输等。传感器 节点分别佩戴在被测试者的上肢,下肢和腰部,采集被测试者运动 中的加速度和角加速度信号。每个节点包括传感器,处理器,Flash 存储器,无线传输,电源稳压芯片及无线充电模块。
Key Words:Parkinson;Wearable system;gait function evaluation
前言
帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种常见的神经系统变 性疾病,老年人多见。调查发现,近年来国内患者人数逐年增多,逐 步与欧美国家相近。PD不仅发病率高,发病后多出现不同程度的致 残现象,严重影响患者的生活质量,给家庭、社会带来沉重负担。
Abstract:Parkinson's disease, a common refractory disease,is a serious hazard to human health and life safety. The prevention and treatment of Parkinson's disease has been the priority. This paper designed a wearable multi-node sensor network to assess motor function in patients with Parkinson's disease. Wireless communication technique and tri-axis accelerometer is used in the acquisition of acceleration and angular velocity signal of Parkinson's patients when patients are doing the experiment paradigm. Then the motor function can be assessed.
1.3 无线充电模块 无线充电无需电源与电池的物理连接就能实现能量的转移,由 于不需要电源接口,可以有效解决电池进水进灰等隐患,同时充电 器与产品无需配套,一个充电器可以为多个产品充电,具有良好的 用户体验。[3] 1.3.1 无线充电原理 首先将家用220V交流电通过全桥整流电路变成直流电,后经逆
信号, 进而评价患者的运动功能。
关键词:帕金森 穿戴式系统 步态功能评价
中图分类号:R454
文献标识码:A
文章编号:1674-2060(2015)11-0009-04
Gait Function evaluation System for
Parkinson’s Patients Based on Wearable System
由于帕金森并对于患者的运动功能影响较大,因此对于帕金森 患者的运动功能评价是十分重要的,其对于医生制定恢复方案,判 断患者的康复水平有着极其重要的影响。目前,临床广泛通过运动 功能评价量表(MAS)对运动功能进行测试。运动功能评价量表虽然 评价的角度较为全面,但是其主要通过医生的观察判断,具有很大 的主观性、不确定性,且易受环境和条件细微变化的影响。许多研究 者正在研究与之相比更加客观的运动功能评价方法。随着电子元器 件愈发微型化,以及低功耗技术的发展,基于体域传感网的运动功 能检测系统如今已引起了人们的重视。在现有的技术条件的支持之 下,本文设计了一套基于穿戴式多节点传感网的运动功能评价系 统。
图 1 数据采集结构框图
图 2 无线接收模块框图
图 3 无线充电原理
BIOTECHWORLD 生物技术世界 9
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图 4 无线充电发射端和接收端
图7 图 5 系统结构设计图
图 8 步态各阶段起始点提取结果
图 6 数据库示意图
和无线接收次节点采集到的数据。主要的功能模块是无线传输模块 NRF24L01和串口转USB接口PL2303模块。
1.1 传感器节点信号采集模块 该模块用于佩戴在被测试者的下肢,上肢和腰部,来采集被测 试者运动中的加速度和角加速度信号。该模块主要结构包括传感器 MP U 6 05 0, 控制器MS P 4 3 0, F l a sh 存储器W 2 5 Q 6 4 , 无线传输 NRF24L01和电源稳压芯片TLV70030。硬件结构图如图1。 1.2 主节点数据无线接收模块 该模块通过USB接口直接连接上位机,用于向次节点发送命令