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申请/专利权人：中国科学院合肥物质科学研究院

摘要：本发明提供一种便携式帕金森病运动迟缓监测干预装置及方法，监测干预装置包括穿戴式智能设备、智能交互设备、运动干预设备、网络连接设备和信息记录设备。穿戴式智能设备由穿戴式惯性节点和智能手环组成，利用惯性传感器采集患者的运动数据并通过智能手环集成运动信息数据发送至智能交互设备，智能交互设备收集用户完成交互任务的数据且从所有数据中提取特征值输入评估模型进行评估分析，得到评估结果并显示，运动干预设备对“应干预”状态进行动作干预矫正，智能交互设备进一步把评估结果通过网络连接设备传输到信息记录设备以结合用户个人信息对阶段性监测结果记录并存入数据库。本发明可应用于帕金森患者症状监测和疗效评估。

主权项：1.一种便携式帕金森病运动迟缓监测干预装置，其特征在于：包括穿戴式智能设备、智能交互设备、运动干预设备、网络连接设备和信息记录设备；所述穿戴式智能设备，由佩戴于食指中段的穿戴式惯性节点和穿戴于手腕部的智能手环组成；所述穿戴式惯性节点用于采集用户的手指运动数据并传送给所述智能手环；所述智能手环用于采集手腕运动数据和同步、集成手指运动信息数据，此外还用于将数据发送至智能交互设备；所述穿戴式惯性节点和智能手环都有惯性传感器，用于采集加速度数据、角速度数据和磁场强度数据惯性传感器数据；所述智能交互设备，提供数据管理、结果评估和干预指令下发；所述智能交互设备为配备高清显示屏的且具有网络通信能力的电子设备，包括触屏笔记本电脑、平板电脑或智能手机，能够在患者执行交互任务时采集并处理数据；所述智能交互设备用于采集交互任务中用户的交互运动数据，同时从其和穿戴式智能设备采集的所有运动数据中提取特征值并输入评估模型进行评估分析，得到评估结果并显示；采集的所有运动数据包括手指、手腕运动时的惯性传感器数据和交互运动数据；提取的特征值包括惯性传感器数据时频域特征和交互式运动任务表现特征，惯性传感器数据时频域特征包括均值、标准差、偏度、近似熵、振幅、最大启动速度，交互式运动任务表现特征包括轨迹跟踪平稳度、字符复写尺度缩减变化、起笔犹豫度、任务耗时、准确度；监测过程中，智能交互设备上运行着交互软件，向用户提供常规监测、静默监测两种监测场景选择，常规监测对应任务监测干预模式，静默监测对应静默监测干预模式；任务监测干预模式即通过智能交互设备指导用户完成交互任务，此时智能交互设备给出交互任务，显示屏上示出任务指导，随机出现手指捏合、抓握动作、手写轨迹临摹、强连贯性字符复写任务，任务执行过程中，智能交互设备判断具体的任务执行质量是否合格，合格则采集其数据，不合格则弃用数据，期间根据运动信息数据监测运动迟缓状态，达到“应干预”状态则通过运动干预设备进行运动干预；静默监测干预模式的监测目标是用户的日常活动，可选择性将穿戴式惯性节点摘除，期间智能手环根据用户日常生活运动数据监测运动迟缓状态，达到“应干预”状态则通过运动干预设备进行运动干预；评估分析过程中，智能交互设备利用惯性传感器中加速度计数据特定窗口内功率谱总能量，判断用户是否处于静止等待任务状态，从而有效避免运动迟缓状态的误判，同时根据所述评估结果与初设阈值进行比较，对是否为“应干预”状态进行判断，并基于此择机地下发运动干预指令；此外，智能交互设备还用于将评估结果通过网络连接设备发给信息记录设备；所述的一种便携式帕金森病运动迟缓监测干预装置挖掘了更多的可用特征，惯性传感器用于捕捉手指捏合、全手抓握运动特征，智能交互设备用于捕捉轨迹跟踪、字符复写任务中特征数据，互补特征的使用有效提高检测准确度；所述运动干预设备，根据评估结果对“应干预”状态进行动作干预矫正，即蓝牙耳机在不同程度的运动迟缓发生情况下将给出不同强度、持续时间的音频提示信号，帮助用户执行动作干预矫正任务以达到自我运动干预来减轻上肢运动和认知反应迟缓的目的；所述信息记录设备，置于远端，用于将阶段性监测评估结果存入数据库；所述网络连接设备，包含路由器设备，能够稳定可靠完成所述智能交互设备与所述信息记录设备间的网络通信；所述穿戴式惯性节点包括：第一惯性传感器、第一数据存储模块、第一蓝牙通信模块、第一微控制器、第一电源管理模块、第一电池和第一数据接口；所述智能手环包含第二惯性传感器、第二数据存储模块、第二蓝牙通信模块、第二微控制器、第二电源管理模块、第二电池和第二数据接口；所述第一惯性传感器为独立穿戴式，用于采集加速度数据、角速度数据和磁场强度数据；所述第一数据存储模块，用于存储第一惯性传感器采集的数据；所述第一蓝牙通信模块，用于将第一惯性传感器检测到的数据传输给智能手环；所述第一微控制器，用于控制所述第一惯性传感器采集数据以及控制所述第一蓝牙通信模块与智能手环进行数据及指令交互；所述第一电源管理模块，对所述第一惯性传感器进行电源管理，保障正常供电及稳定电池续航时间；所述第一电池，为所述第一惯性传感器供电；所述第一数据接口，用于充电、数据有线下载；所述第二惯性传感器为嵌入式，可嵌入所述智能手环内部，用于采集加速度数据、角速度数据和磁场强度数据；所述第二数据存储模块，用于存储第二惯性传感器采集的数据；所述第二蓝牙通信模块，用于与所述穿戴式惯性节点进行蓝牙通信获取数据，并用于将规整好的运动信息数据发送给所述智能交互设备；所述第二微控制器，用于控制所述第二惯性传感器采集数据以及控制其与所述穿戴式惯性节点进行数据同步、集成；此外用于控制所述第二蓝牙通信模块与智能手环及所述智能交互设备进行数据及指令交互；所述第二电源管理模块，对所述智能手环进行电源管理，保障正常供电及稳定电池续航时间；所述第二电池，为所述智能手环供电；所述第二数据接口，用于充电、数据有线下载；所述第一数据接口和第二数据接口结构相同，用以装卸防水橡皮盖密封；所述运动干预设备为蓝牙耳机，与所述智能交互设备保持蓝牙连接并接收所述智能交互设备的反馈信号，以执行动作矫正干预任务；所述穿戴式惯性节点以塑性元件固定，所述塑性元件为拥有弹性记忆材质制成的指环状元件，用于将所述穿戴式惯性节点固定于食指；所述穿戴式惯性节点，微型且质量小，贴附面积不超过0.8cm2，质量不超过3g，能够尽可能减少对用户运动的干预；所述智能手环为多功能的，包括依靠其嵌入式惯性传感器采集用户的手腕运动数据、同步其与食指处穿戴式惯性节点采集的手指运动数据，还与所述智能交互设备进行数据和指令交互；在所述智能交互设备上，运行着交互软件；所述交互软件首先指导用户进行个人登录，进而向用户提供监测模式选择、交互任务执行、测评结果展示功能；所述监测模式选择提供给用户不同的监测场景选择，如不受约束的常规监测或者暂不方便时的静默监测，对应不同的监测模式，所述智能交互设备执行不同的监测活动；所述交互任务存在于常规检测中，所述智能交互设备指导用户进行手写轨迹临摹、强连贯性字符重复撰写、打地鼠游戏一类反应精细运动及神经灵敏性的交互任务；所述测评结果展示，即将用户的运动监测表现实时显示在所述交互软件展示框中，此外，监测结束时，所述交互软件显示监测全程的监测报告单；所述的便携式帕金森病运动迟缓监测干预装置的工作方式，包括以下步骤：步骤301：开启穿戴式惯性节点与智能手环；步骤302：开启智能交互设备并打开交互软件，进行初始化操作，打开并连接蓝牙耳机；步骤303：在交互软件中输入患者基本信息，包括姓名，性别，年龄，体重，患病时间信息；步骤304：交互软件内，点击连接惯性节点，点击校准按钮，点击连接蓝牙耳机，点击初始化按钮；步骤305：在交互软件中，输入信息记录设备相关配置信息，点击连接；步骤306：将装置在塑性元件上的穿戴式惯性节点固定在用户食指中端靠前位置，固定位置的前端留出足以执行交互任务的手指部分，用户穿戴智能手环、蓝牙耳机；步骤307：在交互软件中，点击“常规监测”按钮；步骤308：智能交互设备给出交互任务，显示屏上示出任务指导，随机出现手指捏合、抓握动作、手写轨迹临摹、强连贯性字符复写任务，任务执行过程中，智能交互设备判断具体的任务执行质量是否合格，合格则采集其数据，不合格则弃用数据；步骤309：工作过程中，智能交互设备根据其和穿戴式智能设备所采集的所有运动数据提取运动迟缓相关特征值，再根据特征值进行分类量化检测评估，得出评估结果并显示；步骤310：当监测评分达到“应干预”状态，智能交互设备根据测评分数向运动干预设备发出相应运动矫正干预指令，此时用户接收到音频提示干预信号，进行自我运动干预；步骤311：智能交互设备每隔一段时间生成一份阶段性监测评估报告，通过网络连接设备发送至信息记录设备；步骤312：信息记录设备收到报告，结合用户个人信息存储入数据库；步骤313：用户选择点击交互软件中的“继续”、“静默监测”、“结束监测”按钮，若选择“继续”，则跳往步骤308，若选择“静默监测”，则选择性摘除穿戴式惯性节点、停止交互任务变为监测日常活动，并跳转至步骤310，若选择“结束监测”，跳转至步骤314；步骤314：所有的惯性传感器停止数据采集、蓝牙耳机关闭；步骤315：信息记录设备将此次总体运动表现结合个人信息和以往评估结果生成监测报告，存入数据库并借助网络连接设备发送给智能交互设备；步骤316：用户获得报告页，供查看与下载；所述运动迟缓检测方法包括以下步骤：步骤401：选取合适的窗函数，并选择窗口长度及步长；步骤402：进行窗口分割并对窗口内的加速度数据进行傅里叶时-频域变换；步骤403：根据傅里叶变换后的功率谱计算窗口的总能量；步骤404：获取惯性传感器数据时频域特征，包括均值、标准差、偏度、近似熵、振幅、最大启动速度；步骤405：获取患者交互式运动任务表现特征，包括轨迹跟踪平稳度、字符复写尺度缩减变化、起笔犹豫度、任务耗时、准确度；步骤406：选取设定的能量阈值及运动迟缓阈值；步骤407：将窗口中的总能量与能量阈值进行比较；步骤408：判断患者是否处于静止等待状态，若是则继续监听，若并非处于静止等待状态，则跳往步骤409；步骤409：根据获取的惯性传感器数据时频域特征、交互式运动任务表现特征，进行统计分析，并与运动迟缓阈值进行比较，判断是否处于运动迟缓状态。

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百度查询： 中国科学院合肥物质科学研究院 一种便携式帕金森病运动迟缓监测干预装置及方法