專利名稱：穿戴式手臂震顫檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于人體生理檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種具有無線通信、穿戴方便、能夠
實時檢測人體手臂震顫的穿戴式手臂震顫檢測裝置。
背景技術：
震顫是一種不自主的、有節(jié)律性的、近似正弦往返擺動的肢體運動。40歲以上的中 老年人有5%的人患有震顫疾病，特別是帕金森氏病，為近一二十年發(fā)病率呈上升趨勢的常 見病。震顫常見與人的肢體特別是手臂，影響精細動作、書寫和餐飲，嚴重時可對病人的日 常生活、工作、社會交往等帶來諸多不便。 手臂震顫度是一種能夠客觀評價人體手臂震顫程度的定量指標，這個指標是根據(jù) 人體手臂能傳遞人體重要醫(yī)學信息的特性而發(fā)明的，現(xiàn)已成為醫(yī)學檢測與診斷的依據(jù)之 一。同時，手臂震顫度也可用作健康檢查、體能測試、康復評定，以及心理測試的一項新的重 要指標。 手臂震顫度需要有專用的儀器進行客觀的測定，為了便于普及應用，檢測設備和 測試過程應盡可能簡便可靠。目前為止，市場上還未出現(xiàn)商用的人體手臂震顫檢測裝置。 上海交通大學、大連理工大學、清華大學在上世紀80年代進行了有關于手臂穩(wěn)定度的相關 研究，分別設計出簡易的手臂穩(wěn)定度檢測裝置。但這些裝置存在如下問題l.裝置過于龐 大，無法滿足"便攜式"要求，導致其無法普及實用；2.檢測功能過于簡單，軟件系統(tǒng)過于簡 化，測試過程過于復雜；3.所采用的傳感器種類過少，獲取的信息不足，無法獲取用于衡量 手臂震顫度的肘部、腕部和手部的三維加速度信息、三維角加速度信息以及三維傾角信息， 不能充分反映人體手臂震顫運動特征。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述設備技術不足，提供一種穿戴式手臂震顫檢測裝 置，實時檢測震顫患者的震顫運動信息；確定手臂震顫度，為醫(yī)生診斷震顫患者的病情提供 診斷依據(jù)；同時，該裝置也可以為震顫運動的抑制提供信息。 本實用新型的技術方案是穿戴式手臂震顫檢測裝置，包括穿戴式肘關節(jié)震顫檢 測系統(tǒng)、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)；檢測系統(tǒng) 采用獨立模塊結構，其中的DSP處理器單元與各自的傳感器模塊、無線通信單元和供電單 元相聯(lián)接；信號處理系統(tǒng)的DSP中央處理器單元和無線通信單元、顯示器、語音報讀器和供 電單元相聯(lián)接；檢測系統(tǒng)的DSP處理器單元經(jīng)無線通信單元與信號處理系統(tǒng)的DSP中央處 理器單元聯(lián)接。 所述穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)的傳感器模塊包括依次連接的多軸向加速度傳 感器、多軸向陀螺儀、多軸向傾角儀； 所述穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)的傳感器模塊包括依次連接的多軸向加速度傳 感器、多軸向陀螺儀、多軸向傾角儀；[0009] 所述穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)的傳感器模塊包括依次連接的三個多軸向加速度 傳感器，分別用于測量食指、中指以及無名指的加速度信息； 根據(jù)使用者的需求，所述穿戴式手臂震顫檢測裝置可以為穿戴式肘關節(jié)震顫檢測
系統(tǒng)、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)的任意一種、兩種或全部； 所述穿戴式手臂震顫檢測裝置采用肘_腕_手式穿戴結構，穿戴式肘關節(jié)震顫檢
測系統(tǒng)、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)分別穿套在
患者手臂的肘關節(jié)、腕關節(jié)、手部和前臂。 本實用新型的優(yōu)點與積極效果 其一，安裝多種類型傳感器，震顫運動檢測功能強大。該裝置既能檢測手臂的俯仰 角、翻滾角、偏移等傾角信息以及肘關節(jié)和腕關節(jié)的三維角加速度等信息，也能檢測人體手 臂震顫運動的三維加速度信息，功能豐富。 其二，模塊化設計，使用靈活。該裝置可以為穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式
腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)的任意一種、兩種或者全部。 其三，操作簡單、實用化程度高。該裝置操作簡單，不需要操作柄、鍵盤等復雜的操
作裝置，便于實用。 其四，結構簡單、穿戴方便。該裝置采用肘-腕-手式"穿套"結構，穿戴方便。以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1為本實用新型的系統(tǒng)結構示意圖； 圖2為穿戴式手臂震顫檢測裝置的穿戴效果圖； 圖3為本實用新型的系統(tǒng)操作流程圖； 其中，000為信號處理系統(tǒng)，001為DSP中央處理器，002為無線通信單元，003為存 儲模塊，004為USB接口 ， 005為顯示器，006為語音報讀器，007為供電單元；100為穿戴式肘 關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)，101為傳感器模塊，102為加速度傳感器，103為陀螺儀，104為傾角儀， 105為USB接口 ， 106為DSP處理器，107為無線通信單元，108為供電單元；200為穿戴式腕 關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)，201為傳感器模塊，202加速度傳感器，203為陀螺儀，204為傾角儀，205 為USB接口 ， 206為DSP處理器，207為無線通信單元，208為供電單元；300為穿戴式手部震 顫檢測系統(tǒng)，301為傳感器模塊，302加速度傳感器，303為加速度傳感器，304為加速度傳感 器，305為USB接口 ， 306為DSP處理器，307為無線通信單元，308為供電單元；500為人體 手臂。
具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例詳細說明本實用新型的具體實施方式
。 如
圖1、圖2所示，本實用新型中的穿戴型手臂震顫檢測裝置包括穿戴式肘關節(jié)震
顫檢測系統(tǒng)100、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)200、穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)300和信號處
理系統(tǒng)OOO。 本實用新型中的穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)100包括傳感器模塊101、 DSP處理 器106、無線通信單元107、USB接口 105和供電單元108 ;傳感器模塊101包括加速度傳感器102、陀螺儀103、傾角儀104，分別用于采集肘關節(jié)震顫運動的加速度信息、角速度信息 以及傾角信息；DSP處理器106用于對傳感器模塊101采集到的肘關節(jié)運動信息進行濾波、 放大以及數(shù)字化處理；無線通信單元107用于傳輸DSP處理器106處理后的數(shù)據(jù)；USB接口 105用于與PC計算機之間的通信，以便于將數(shù)據(jù)導入PC計算機中；供電單元108用于提供 3. 3V或5V直流電源，以滿足整個肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)的供電需要。 本實用新型中的穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)200包括傳感器模塊201、 DSP處理 器206、無線通信單元207、USB接口 205和供電單元208 ;傳感器模塊201包括加速度傳感 器202、陀螺儀203、傾角儀204，分別用于采集肘關節(jié)震顫運動的加速度信息、角速度信息 以及傾角信息；DSP處理器206用于對傳感器模塊201采集到的肘關節(jié)運動信息進行濾波、 放大以及數(shù)字化處理；無線通信單元207用于傳輸DSP處理器206處理后的數(shù)據(jù)；USB接口 205用于與PC計算機之間的通信，以便于將數(shù)據(jù)導入PC計算機中；供電單元208用于提供 3. 3V或5V直流電源，以滿足整個肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)的供電需要。 本實用新型中的穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)300包括傳感器模塊301、 DSP處理器 306、無線通信單元307、USB接口 305和供電單元308 ;傳感器模塊301包括加速度302、加 速度303、加速度304，分別用于采集手部食指、中指以及無名指的加速度信息；DSP處理器 306用于對傳感器模塊301采集到的手指運動信息進行濾波、放大以及數(shù)字化處理；無線通 信單元307用于傳輸DSP處理器306處理后的數(shù)據(jù)；USB接口 305用于與PC計算機之間的 通信，以便于將數(shù)據(jù)導入PC計算機中；供電單元308用于提供3. 3V或5V直流電源，以滿足 整個手部震顫檢測系統(tǒng)的供電需要。 本實用新型可以在穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)和穿 戴式手部震顫檢測系統(tǒng)中的任意選擇一種或任意選擇兩種進行組合，也可以包括全部。 本實用新型中的信號處理系統(tǒng)OOO包括DSP中央處理器001、無線通信單元002、 存儲模塊003、 USB接口 004、顯示器005、語音報讀器006和供電單元007 ;無線通信單元 002接收穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)100、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)200和穿戴式手部震 顫檢測系統(tǒng)300獲取的手臂運動信息；DSP中央處理器001對這些運動信息進行處理，利用 特殊算法("兩階段"自適應濾波預測算法)，分離患者手臂的正常運動信息和震顫運動信 息，獲取其震頻、振幅、頻譜等參數(shù)；同時，顯示器005和語言報讀器006發(fā)出提示，報出患者 手臂主動運動和震顫運動的各個參數(shù)；USB接口 004用于與PC計算機之間的通信，以便于 將數(shù)據(jù)導入PC計算機中；供電單元007用于提供3. 3V或5V直流電源，以滿足手部震顫檢 測系統(tǒng)的供電需要。 實施例 本實施例中，穿戴式手臂震顫檢測裝置包括穿戴式肘關節(jié)震顫檢測裝置100、穿戴 式腕關節(jié)震顫檢測裝置200、穿戴式手部震顫檢測裝置300、信號處理系統(tǒng)000。 本實施例中，加速度傳感器102、加速度傳感器202、加速度傳感器302、加速度傳 感器303和加速度傳感器304采用Freescale公司的三軸加速度傳感器MMA7260 ;陀螺儀 103、陀螺儀203采用日本Murata公司的三軸陀螺儀GYR0STARENC-03M，這種芯片采用表面 封裝形式，具有體積小，功耗小，性能優(yōu)良，便于集成等特點；傾角儀103、傾角儀303采用美 國克爾斯博科技公司的CXTA三軸傾角計；DSP中央處理器001、DSP處理器106、DSP處理器 206和DSP處理器306采用TI公司的TMS320VC5402，利用該型號DSP集成度高，處理速度快，性能穩(wěn)定，可擴展性強等特點；與DSP處理器相連的無線通信單元002、107、207、307均 采用以Bluecore02為內(nèi)核的BCM-05芯片，這種芯片體積小，功耗低，滿足藍牙1. 1規(guī)范，用 于穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)100、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)200、穿戴式手部震顫檢測 系統(tǒng)300與信號處理系統(tǒng)000之間的數(shù)據(jù)傳輸。 工作流程如圖3所示，將本實用新型提出的穿戴式手臂震顫檢測裝置通過柔性 鏈接機構安裝在人體手臂的肘關節(jié)J宛關節(jié)和手部，信號處理系統(tǒng)OOO固定在人體前臂。在 實際生活中，當患者穿戴本實用新型中的穿戴型手臂震顫檢測裝置進行寫字、抬臂等日常 活動時，使用者開機后(步驟400)，啟動各單元系統(tǒng)，各單元進行初始化，進入工作狀態(tài)(步 驟401);各單元系統(tǒng)自檢(步驟402);如果自檢發(fā)現(xiàn)異常(步驟403) ，則各單元下電 (步驟413)，停止工作(步驟414);如果自檢正常(步驟403) ，則震顫檢測系統(tǒng)開始工 作(步驟404);各單元震顫檢測裝置分別獲取患者手臂的肘關節(jié)、腕關節(jié)和手指的三維加 速度信息、三維角速度信息、三維傾角信息，分別通過各部分DSP處理器進行濾波、放大和 數(shù)字化處理(步驟405);這些信息分別通過無線通信單元107、207、307傳輸?shù)叫盘柼幚硐?統(tǒng)000 (步驟406);無線通信單元002獲取手臂運動信息(步驟407)，經(jīng)過二次濾波處理， 傳輸?shù)紻SP中央處理器001 (步驟408);"兩階段"自適應濾波算法是一種特殊算法，能夠分 離患者手臂的正常運動信息和震顫運動信息(步驟409);如果停止指令(步驟510)，則各 單元下電(步驟413)，工作結束(步驟414);如果不停止指令，獲取震顫運動的震頻、振幅、 頻譜等參數(shù)(步驟411);經(jīng)過變換處理，最終得到人體手臂震顫度(步驟412)。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型的結構做任何 形式的限制。凡是依據(jù)本實用新型的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變 化與修飾，均仍屬于本實用新型的技術方案的范圍內(nèi)。
權利要求穿戴式手臂震顫檢測裝置，其特征在于該裝置包括穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)；檢測系統(tǒng)采用獨立模塊結構，其中的DSP處理器單元與各自的傳感器模塊、無線通信單元和供電單元相聯(lián)接；信號處理系統(tǒng)的DSP中央處理器單元和無線通信單元、顯示器、語音報讀器和供電單元相聯(lián)接；檢測系統(tǒng)的DSP處理器單元經(jīng)無線通信單元與信號處理系統(tǒng)的DSP中央處理器單元聯(lián)接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的穿戴式手臂震顫檢測裝置，其特征在于所述穿戴式肘關節(jié) 震顫檢測系統(tǒng)的傳感器模塊包括依次連接的多軸向加速度傳感器、多軸向陀螺儀、多軸向 傾角儀。
3. 根據(jù)權利要求1所述的穿戴式手臂震顫檢測裝置，其特征在于所述穿戴式腕關節(jié) 震顫檢測系統(tǒng)的傳感器模塊包括依次連接的多軸向加速度傳感器、多軸向陀螺儀、多軸向 傾角儀。
4. 根據(jù)權利要求1所述的穿戴式手臂震顫檢測裝置，其特征在于所述穿戴式手部震 顫檢測系統(tǒng)的傳感器模塊包括依次連接的三個多軸向加速度傳感器，分別用于測量食指、 中指以及無名指的加速度信息。
5. 根據(jù)權利要求l所述的穿戴式手臂震顫檢測裝置，其特征在于該裝置為肘-腕-手 式穿戴結構，穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式手部震顫檢 測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)分別穿套在患者手臂的肘關節(jié)、腕關節(jié)、手部和前臂。
專利摘要本實用新型涉及一種穿戴式手臂震顫檢測裝置，包括穿戴式肘關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式腕關節(jié)震顫檢測系統(tǒng)、穿戴式手部震顫檢測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)；檢測系統(tǒng)采用獨立模塊結構，其中的DSP處理器單元與各自的傳感器模塊、無線通信單元和供電單元相聯(lián)接；信號處理系統(tǒng)的DSP中央處理器單元和無線通信單元、顯示器、語音報讀器和供電單元相聯(lián)接；檢測系統(tǒng)的DSP處理器單元經(jīng)無線通信單元與信號處理系統(tǒng)的DSP中央處理器單元聯(lián)接。根據(jù)需要，患者可以使用上述三種檢測系統(tǒng)的任意一種、兩種或者全部。本實用新型采用模塊化結構，使用靈活，穿戴方便，能夠?qū)崟r檢測帕金森病患者以及其他類似震顫患者的手臂運動信息。
文檔編號A61B5/11GK201533842SQ200920186798
公開日2010年7月28日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權日2009年8月4日
發(fā)明者余永, 馮勇, 孫建, 孫玉蘋, 宋全軍, 梁文淵, 王以俊, 葛運建 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院