一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器終端節(jié)點(diǎn)、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、個(gè)人終端、遠(yuǎn)程醫(yī)療終端和信息反饋系統(tǒng)，傳感器終端節(jié)點(diǎn)包括依次連接的醫(yī)療傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元和無(wú)線收發(fā)單元，醫(yī)療傳感器將采集的數(shù)據(jù)送入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理，然后由微處理器單元進(jìn)行處理后控制無(wú)線收發(fā)單元進(jìn)行無(wú)線傳輸；所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過(guò)無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)分別送入個(gè)人終端和遠(yuǎn)程醫(yī)療終端，遠(yuǎn)程醫(yī)療終端將所述數(shù)據(jù)處理后送入信息反饋系統(tǒng)，由信息反饋系統(tǒng)建立3D模型進(jìn)行顯示。此種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者運(yùn)動(dòng)康復(fù)情況，為后續(xù)康復(fù)訓(xùn)練提供合理性指導(dǎo)和建議，提高康復(fù)訓(xùn)練效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)康復(fù)學(xué)、嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的交叉領(lǐng)域，涉及一種運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，特別涉及一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代社會(huì)隨著世界各國(guó)相繼進(jìn)入老齡化，在老齡化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的腦卒中或中風(fēng)病患者，此類(lèi)患者通常由于腦血管血栓或腦血管破裂出血而導(dǎo)致腦供血中斷，從而使相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)和認(rèn)知等功能遭到喪失或受到損害?，F(xiàn)代神經(jīng)康復(fù)醫(yī)學(xué)及其臨床研究結(jié)果表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有高度的可塑性，對(duì)因腦卒中等疾病引起的肢體功能障礙，通過(guò)科學(xué)合理的康復(fù)治療訓(xùn)練可以在一定程度上恢復(fù)其受損的肢體功能。在康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，康復(fù)醫(yī)師應(yīng)實(shí)時(shí)對(duì)患者的康復(fù)訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及時(shí)調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練方案，以使得康復(fù)醫(yī)師的訓(xùn)練方法與患者病情恢復(fù)程度保持一致。因此，對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋，具有重要的臨床實(shí)踐意義。
[0003]傳統(tǒng)的康復(fù)評(píng)價(jià)方法，大多是在患者康復(fù)訓(xùn)練結(jié)束前后，康復(fù)醫(yī)師根據(jù)自己的臨床經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用測(cè)量?jī)x器分別對(duì)患者的主/被動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍、肌力恢復(fù)等級(jí)等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。該方法具有如下不足:
[0004](I)不具備實(shí)時(shí)性，由于評(píng)估只能在患者訓(xùn)練結(jié)束前后進(jìn)行，因此在康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中康復(fù)醫(yī)師的治療方案未能實(shí)現(xiàn)與患者病情恢復(fù)程度實(shí)時(shí)保持一致；
[0005](2)具有主觀性，傳統(tǒng)康復(fù)評(píng)價(jià)方法大多是依據(jù)醫(yī)師臨床經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)不能客觀準(zhǔn)確地反映出患者肢體功能的恢復(fù)程度；
[0006](3)成本較高，持續(xù)對(duì)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，不僅需要耗費(fèi)康復(fù)醫(yī)師大量的精力，同時(shí)也增加了患者的治療成本；
[0007](4)不具備開(kāi)放性，在運(yùn)動(dòng)康復(fù)評(píng)價(jià)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備與患者之間的導(dǎo)線連接，限制了病人的運(yùn)動(dòng)能力，不利于有效的康復(fù)訓(xùn)練。
[0008]因此，迫切需要開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)有效、低成本、能客觀準(zhǔn)確地反映出患者肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)程度的康復(fù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。
[0009]無(wú)線體域網(wǎng)(WBAN, Wireless Body Area Network)是以人體為中心，由與人體相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)元素(包括個(gè)人終端，分布在人身體上、植入人體內(nèi)部的傳感器節(jié)點(diǎn)及組網(wǎng)設(shè)備等)組成的通信網(wǎng)絡(luò)。這些智能傳感器節(jié)點(diǎn)包含了傳感、計(jì)算和通信模塊，能夠互相協(xié)同地自組織形成網(wǎng)絡(luò)，并且通過(guò)特定的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將采集的信息進(jìn)行處理與融合后發(fā)送給用戶(hù)終端。無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)、客觀、準(zhǔn)確、低成本的運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了很好的手段。
[0010]基于前述傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中訓(xùn)練反饋不足、醫(yī)師任務(wù)繁重、訓(xùn)練場(chǎng)所有限等問(wèn)題，本發(fā)明人結(jié)合目前的無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)，研制一種能夠克服現(xiàn)有缺陷的運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本案由此產(chǎn)生。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明的目的，在于提供一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者運(yùn)動(dòng)康復(fù)情況，為后續(xù)康復(fù)訓(xùn)練提供合理性指導(dǎo)和建議，提高康復(fù)訓(xùn)練效果。
[0012]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0013]一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器終端節(jié)點(diǎn)、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、個(gè)人終端、遠(yuǎn)程醫(yī)療終端和信息反饋系統(tǒng)，其中，傳感器終端節(jié)點(diǎn)包括電源及依次連接的醫(yī)療傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元和無(wú)線收發(fā)單元，電源為傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的其余部件供電，醫(yī)療傳感器將采集的數(shù)據(jù)送入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理，然后由微處理器單元進(jìn)行處理后控制無(wú)線收發(fā)單元進(jìn)行無(wú)線傳輸；所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過(guò)無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)無(wú)線體域網(wǎng)分別送入個(gè)人終端和遠(yuǎn)程醫(yī)療終端，所述遠(yuǎn)程醫(yī)療終端將所述數(shù)據(jù)處理后送入信息反饋系統(tǒng)，由信息反饋系統(tǒng)建立3D模型進(jìn)行顯示。
[0014]上述傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療傳感器包括測(cè)量肢體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的三軸加速度傳感器。
[0015]上述傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療傳感器包括測(cè)量肌電狀態(tài)參數(shù)的肌電信號(hào)傳感器，其所對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的前置放大電路、低通濾波電路、高通濾波電路、工頻陷波電路和后級(jí)放大電路。
[0016]上述傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療傳感器包括測(cè)量基本生理體征參數(shù)的基本生理體征信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)，其所對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的前置放大電路、低通濾波電路、高通濾波電路、工頻陷波電路和后級(jí)放大電路，以及連接前置放大電路輸出端的右腿驅(qū)動(dòng)電路。
[0017]上述傳感器終端節(jié)點(diǎn)由柔性電路板制成。
[0018]上述無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)包括相互連接的無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元和無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)電源管理單元，其中，無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)電源管理單元為無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元和無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元供電，所述無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元在無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元的控制下，完成傳感器終端節(jié)點(diǎn)與無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。
[0019]上述個(gè)人終端采用個(gè)人手持PDA、手機(jī)或平板電腦。
[0020]采用上述方案后，本發(fā)明采用無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)，肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者通過(guò)穿戴運(yùn)動(dòng)、肌力、生理等參數(shù)節(jié)點(diǎn)，可實(shí)時(shí)對(duì)訓(xùn)練過(guò)程中患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整醫(yī)師的康復(fù)治療方案；采用運(yùn)動(dòng)、肌力與生理三類(lèi)無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至個(gè)人或遠(yuǎn)程康復(fù)醫(yī)療終端進(jìn)行客觀分析；此外，采用無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)，有效地避免了監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備與患者之間的導(dǎo)線連接，擴(kuò)大了病人的活動(dòng)范圍，同時(shí)還可以持續(xù)地對(duì)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和評(píng)估，減少了醫(yī)師的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了患者的治療成本。
[0021]本發(fā)明將無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)康復(fù)醫(yī)療的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，可有效克服傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)康復(fù)評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的實(shí)時(shí)性差、主觀性強(qiáng)、成本較高和不夠開(kāi)放的問(wèn)題；由于肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者大多以老年者居多，其身體狀況本身就存在問(wèn)題，因此，本發(fā)明在對(duì)患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、肌力等功能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)的同時(shí)，還對(duì)患者的基本生理體征參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防止訓(xùn)練任務(wù)過(guò)重或康復(fù)治療方案不恰當(dāng)，對(duì)患者的生命安全造成威脅；此外，與現(xiàn)有的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以評(píng)價(jià)患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況為主，并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將效果評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)反饋給患者，實(shí)現(xiàn)的是閉環(huán)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。
[0022]本發(fā)明一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì):
[0023](I)本發(fā)明的傳感器終端節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息合理、有效，針對(duì)運(yùn)動(dòng)康復(fù)過(guò)程中醫(yī)師所關(guān)心的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及肌力信息進(jìn)行采集，避免了采用傳統(tǒng)生理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)康復(fù)患者關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)信息把握的不足；并且監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)引入了基本生理特征信號(hào)的采集節(jié)點(diǎn)，保護(hù)病人在運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中的安全；
[0024](2)本發(fā)明的傳感器終端節(jié)點(diǎn)充分考慮了可穿戴行的設(shè)計(jì)，患者無(wú)論在醫(yī)院進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，在戶(hù)外進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練或是在家居日常生活都能舒適、安全地穿戴傳感器終端節(jié)點(diǎn)。可穿戴的傳感器終端節(jié)點(diǎn)使用柔性電路板(FPC)設(shè)計(jì)，具有小巧、輕便和穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以嵌入到衣服布料或用固定帶固定在四肢、腰部等部位?；颊叩倪\(yùn)動(dòng)自由將不會(huì)受到傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法導(dǎo)線繁多的限制，系統(tǒng)靈活性顯著提高；
[0025](3)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)引入無(wú)線體域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)院、家居或社區(qū)環(huán)境下的無(wú)線醫(yī)療遠(yuǎn)程控制；
[0026](4)本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，將這些數(shù)據(jù)用于運(yùn)動(dòng)模型重建，將準(zhǔn)確地反應(yīng)患者當(dāng)時(shí)真實(shí)的運(yùn)動(dòng)能力；
[0027](5)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供多種反饋機(jī)制；傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅僅實(shí)現(xiàn)多生理信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程波形顯示以及閾值報(bào)警功能，沒(méi)有能夠形成一個(gè)有效的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出一系列評(píng)價(jià)結(jié)果，并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將效果評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)反饋給患者，實(shí)現(xiàn)的是閉環(huán)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，讓患者在最適宜的刺激下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練；
[0028](6)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供GPS追蹤患者功能，為患者在家居環(huán)境或者社區(qū)戶(hù)外環(huán)境下訓(xùn)練過(guò)程中的突發(fā)事故提供了及時(shí)救助的可能性；
[0029](7)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有普遍適用性強(qiáng)、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，并且能最大限度減輕患者的出行負(fù)擔(dān)，經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的整體架構(gòu)圖；
[0031]圖2是本發(fā)明中傳感器終端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖3是本發(fā)明中傳感器終端節(jié)點(diǎn)的外型圖；(a)表示柔性電路板的示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明中傳感器終端節(jié)點(diǎn)在人體身體的分布圖；
[0034]圖5是本發(fā)明中無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的整體架構(gòu)圖；
[0035]圖6是本發(fā)明中肌電信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信號(hào)調(diào)理電路示意圖；
[0036]圖7是本發(fā)明中基本生理體征信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的心電信號(hào)調(diào)理電路示意圖；
[0037]圖8是本發(fā)明中傳感器終端節(jié)點(diǎn)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[0039]如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器終端節(jié)點(diǎn)、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、個(gè)人終端、遠(yuǎn)程醫(yī)療終端和信息反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院、家居或社區(qū)環(huán)境下的無(wú)線醫(yī)療遠(yuǎn)程控制，下面將分別介紹。
[0040]所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)、肌電信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)和基本生理體征信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)，分別用于采集中風(fēng)患者的肢體運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位置、速度、加速度)、肌電狀態(tài)參數(shù)(肢體表面肌電)和基本生理體征參數(shù)，各測(cè)量節(jié)點(diǎn)均包括電源及依次連接的醫(yī)療傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元和無(wú)線收發(fā)單元，其中，電源為所述測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的其余部件供電，醫(yī)療傳感器根據(jù)測(cè)量對(duì)象選用不同類(lèi)型的傳感器，無(wú)線收發(fā)單元采用RF232無(wú)線收發(fā)芯片；所述醫(yī)療傳感器將采集的數(shù)據(jù)送入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理，然后由微處理器單元進(jìn)行處理后控制無(wú)線收發(fā)單元進(jìn)行無(wú)線傳輸；所述無(wú)線收發(fā)單元還接收來(lái)自遠(yuǎn)程醫(yī)療終端的數(shù)據(jù)采集命令。
[0041]本實(shí)施例中傳感器終端節(jié)點(diǎn)的微處理器單元由單一的MCU、存儲(chǔ)器及其外圍電路模塊組成，MCU采用ATMEL公司生產(chǎn)的ATmegal28微處理器為核心，系統(tǒng)時(shí)鐘由一個(gè)外部的8MHz的晶振提供。ATmegal28是8位RISC微處理器，支持JTAG接口，具有8路10位ADC，53個(gè)可編程I/O 口，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)。微處理器軟件系統(tǒng)采用TinyOS無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。無(wú)線收發(fā)單元由低功耗無(wú)線收發(fā)模塊組成，采用傳感器網(wǎng)絡(luò)最有前景的短距離無(wú)線通信技術(shù)。
[0042]所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)主要測(cè)量人體肢體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肢體關(guān)節(jié)角度、位置等信息，通過(guò)對(duì)這些信息計(jì)算，可以得出病人肢體的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度及強(qiáng)度，判斷病人的肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況，其中的醫(yī)療傳感器采用數(shù)字式三軸加速度傳感器MMA7361，MMA7361采用
3.3V電源供電，Xout管腳輸出X軸方向電壓，Yout管腳輸出Y軸方向電壓，Zout管腳輸出Z軸方向電壓，各軸方向的電壓在不運(yùn)動(dòng)或者不被重力作用的狀態(tài)下，其輸出均為1.65V ；如果沿著某一方向運(yùn)動(dòng)，或者受到重力作用，輸出電壓就會(huì)根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方向而改變各軸的輸出電壓大小。`
[0043]所述肌電信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)主要測(cè)量人體肢體在運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中肌電信號(hào)變化情況。肌電信號(hào)是肌肉收縮時(shí)伴隨的電信號(hào)，通過(guò)對(duì)此信號(hào)的監(jiān)測(cè)可以確定肌肉周?chē)窠?jīng)、神經(jīng)元、神經(jīng)肌肉接頭及肌肉本身的功能狀態(tài)，確定患者在運(yùn)動(dòng)康復(fù)過(guò)程中肌力恢復(fù)的情況，其中的醫(yī)療傳感器采用肌電信號(hào)傳感器，如圖6所示，是肌電信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的信號(hào)調(diào)理電路示意圖，主要實(shí)現(xiàn)肌電信號(hào)的電壓放大及濾波，包括順序連接的前置放大電路、低通濾波電路、高通濾波電路、工頻陷波電路和后級(jí)放大電路，由于肌電信號(hào)極其微弱，只有幾十uV到幾mV，并且十分容易受到外界噪聲干擾，所以需要進(jìn)行電壓放大和濾波處理。肌電信號(hào)前置放大電路的放大器芯片選用AD623精密儀用放大器芯片，對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行10倍左右的放大。經(jīng)過(guò)前置放大的肌電信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)濾波處理，濾除信號(hào)中的雜波成分。肌電信號(hào)的頻率主要集中在10-250HZ范圍內(nèi)，濾波電路主要包括一個(gè)低通濾波電路，截止頻率為IOHz,由放大器A2實(shí)現(xiàn)；高通濾波電路，截止頻率為250Hz，由放大器A3實(shí)現(xiàn)；50Hz工頻陷波電路，用于濾除50Hz工頻干擾，由放大器A4實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)硬件濾波的信號(hào)將通過(guò)后級(jí)放大電路進(jìn)行電壓放大，放大倍數(shù)為150倍，肌電信號(hào)總共被放大了 1500倍左右，由放大器A5、A6實(shí)現(xiàn)。
[0044]所述基本生理體征信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)主要測(cè)量人體的基本生理體征信號(hào)，包括心率、脈搏信號(hào)以及呼吸。中風(fēng)，帕金森以及其它傷殘病患以老年人居多，其身體狀況本身就存在問(wèn)題，因此，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，必須要對(duì)患者關(guān)鍵的生命體征進(jìn)行檢測(cè)，以防止訓(xùn)練任務(wù)過(guò)重或不恰當(dāng)，對(duì)患者的生命安全造成威脅。心電信號(hào)采集傳感器采用普通氯化銀電極片，脈搏和呼吸信號(hào)采集傳感器采用壓電薄膜傳感器。
[0045]圖6所示是測(cè)量心電信號(hào)的信號(hào)調(diào)理電路圖，包括順序連接的前置放大電路、低通濾波電路、高通濾波電路、工頻陷波電路和后級(jí)放大電路，還包括連接前置放大電路輸出端的右腿驅(qū)動(dòng)電路；由于心電信號(hào)極其微弱，只有幾mV左右，并且十分容易受到外界噪聲干擾，所以需要進(jìn)行電壓放大和濾波處理。心電信號(hào)前置放大電路的放大器芯片同樣采用AD623精密儀用放大器芯片。心電信號(hào)的頻率主要集中在5-lOOHz范圍內(nèi)，濾波電路主要包括一個(gè)低通濾波電路，截止頻率為5Hz，由放大器A2實(shí)現(xiàn)；高通濾波器，截止頻率為100Hz，由放大器A3實(shí)現(xiàn)；50Hz工頻陷波電路，用于濾除50Hz工頻干擾，由放大器A4實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)硬件濾波的心電信號(hào)將通過(guò)后級(jí)放大電路進(jìn)行電壓放大，放大倍數(shù)為100倍，心電信號(hào)總共被放大了 1000倍左右，由放大器A5、A6實(shí)現(xiàn)；此外心電信號(hào)信號(hào)調(diào)理電路還添加有右腿驅(qū)動(dòng)電路，最大程度地減少共模干擾，并且保護(hù)病人安全，由放大器A7實(shí)現(xiàn)。
[0046]所述無(wú)線收發(fā)單元由低功耗無(wú)線收發(fā)模塊組成，根據(jù)系統(tǒng)需求滿(mǎn)足高速發(fā)送模式和低功耗模式的快速轉(zhuǎn)換，本發(fā)明采用Zigbee技術(shù)，基于IEEE802.15.6協(xié)議設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)模塊。
[0047]具體實(shí)施時(shí)，為了能夠使患者在運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中運(yùn)動(dòng)不受醫(yī)療終端節(jié)點(diǎn)導(dǎo)線連接限制，所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)還要注意可穿戴性設(shè)計(jì)，增強(qiáng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的靈活性。對(duì)于運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)和肌電信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)，為了不影響監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)過(guò)程的影響，本實(shí)施例采用柔性電路板(FPC)設(shè)計(jì)。柔性電路板是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性、絕佳的可撓性印刷電路板。配合圖3 (a)所示，該FPC電路板設(shè)有信號(hào)調(diào)理電路、中央處理器和埋入式天線。柔性電路板運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如:(1)體積比傳統(tǒng)PCB小，增加穿戴的便利性；(2)重量更輕，在穿戴時(shí)感受不到傳感器終端節(jié)點(diǎn)的重量，對(duì)患者運(yùn)動(dòng)沒(méi)有造成額外負(fù)擔(dān)；(3)厚度薄，柔軟度高，能貼合人體皮膚表面。用固定帶可以將柔性電路 板制成的傳感器終端節(jié)點(diǎn)固定于肢體表面皮膚，柔性電路板將與肢體間緊密接觸。普通的電路板不易彎曲，患者進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)佩戴普通電路板制成的傳感器終端節(jié)點(diǎn)，無(wú)法進(jìn)行很多常規(guī)動(dòng)作訓(xùn)練，影響訓(xùn)練效果；并且普通的電路板在穿戴時(shí)，舒適度無(wú)法達(dá)到要求，導(dǎo)致患者的訓(xùn)練積極性降低。對(duì)于心電信號(hào)、呼吸信號(hào)的采集，傳感器終端節(jié)點(diǎn)可放置于胸部、腰間等位置，可以采用普通電路板的設(shè)計(jì)方案，不會(huì)對(duì)患者運(yùn)動(dòng)造成限制。
[0048]配合圖4所示，本實(shí)施例中的傳感器終端節(jié)點(diǎn)分布于患者四肢、胸部以及腰部位置。本發(fā)明的醫(yī)療傳感器可以為電極片、三軸加速度傳感器、陀螺儀以及PVDF壓電薄膜。在具體實(shí)施時(shí)一般需要:至少3個(gè)電極片，用于檢測(cè)心電信號(hào)；至少I(mǎi)個(gè)PVDF壓電薄膜，用于檢測(cè)脈搏信號(hào)；至少I(mǎi)個(gè)PVDF壓電薄膜，用于檢測(cè)呼吸信號(hào)；若干電極片，用于檢測(cè)肌電信號(hào)；除此之外，還需要若干三軸加速度傳感器，檢測(cè)動(dòng)作信號(hào)。本發(fā)明的傳感器終端節(jié)點(diǎn)包含心電信號(hào)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)，放置于胸部；脈搏信號(hào)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)，放置于腕部；呼吸信號(hào)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)，放置于腹部或者腰部；肌力信號(hào)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)若干，分布于大臂、小臂、手指、大腿及小腿處肌肉部位，監(jiān)測(cè)主要肌肉和肌肉群的肌力情況；運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)及位置信號(hào)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)若干，分布于肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、手指、腰椎關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)部位，監(jiān)測(cè)四肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)的重要參數(shù)。三軸加速度傳感器在手臂位置和擺放方位直接影響后續(xù)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的建立。建立有效的空間坐標(biāo)系，能通過(guò)有效、簡(jiǎn)潔的運(yùn)動(dòng)重構(gòu)算法，重建運(yùn)動(dòng)模型。根據(jù)建立的坐標(biāo)軸和三軸加速度硬件特性我們?cè)O(shè)計(jì)三軸加速度傳感器在手臂上的具體分布和方位。
[0049]如圖8所示，是本發(fā)明中傳感器終端節(jié)點(diǎn)的工作流程圖，傳感器終端節(jié)點(diǎn)上電后，啟動(dòng)TinyOS操作系統(tǒng)，初始化硬件，啟動(dòng)電源監(jiān)控進(jìn)程，命令監(jiān)控進(jìn)程。一旦接收到從無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的采集命令，節(jié)點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行信號(hào)的A/D采集和無(wú)線發(fā)送；接收到從無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的休眠命令，節(jié)點(diǎn)停止信號(hào)的采集和發(fā)送，進(jìn)入休眠模式。本實(shí)例傳感器終端節(jié)點(diǎn)的常用命令有=RESET命令，讓異常工作的節(jié)點(diǎn)復(fù)位，重新啟動(dòng)；SLEEP命令，讓工作中的節(jié)點(diǎn)停止數(shù)據(jù)采集和發(fā)送，進(jìn)入休眠模式；START命令，讓休眠的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始數(shù)據(jù)采集和發(fā)送；BATTERY命令，查詢(xún)節(jié)點(diǎn)的電池電壓，是否需要對(duì)節(jié)點(diǎn)的鋰電池進(jìn)行充電提醒。
[0050]無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)包括無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元和無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)電源管理單元，無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元和無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)電源管理單元通過(guò)內(nèi)部總線相互連接進(jìn)行通訊。無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合，并且能轉(zhuǎn)發(fā)運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)任務(wù)。
[0051]每位患者穿戴的一組傳感器終端節(jié)點(diǎn)和單一的充當(dāng)協(xié)調(diào)器的無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成一個(gè)同步簇，所有的患者對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)簇、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、個(gè)人終端和遠(yuǎn)程醫(yī)療終端構(gòu)成低延時(shí)星簇型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，采用基于時(shí)隙的免沖突載波多路接入方式的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，通過(guò)信標(biāo)方式和保證時(shí)隙完成低延時(shí)星簇型無(wú)線實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中的星簇型的時(shí)間同步。遠(yuǎn)程醫(yī)療終端 發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令后，無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將命令傳輸至無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)并廣播到各個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)；傳感器終端節(jié)點(diǎn)采集患者的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、肌力信息和基本生理特征信息，并通過(guò)無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，依次經(jīng)過(guò)無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳輸至遠(yuǎn)程醫(yī)療終端或個(gè)人移動(dòng)終端；信息反饋系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模型重建、患者訓(xùn)練參與度評(píng)價(jià)等，幫助醫(yī)師分析。
[0052]無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)包括微處理器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、外部存儲(chǔ)器、ITAG下載/調(diào)試模塊、網(wǎng)絡(luò)控制與接口模塊、IXD顯示模塊和電源模塊，所述微處理器與協(xié)議轉(zhuǎn)換器、ITAG下載/調(diào)試模塊、網(wǎng)絡(luò)控制與接口模塊、LCD顯示模塊、外部存儲(chǔ)器之間同內(nèi)部總線相互連接進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)控制與接口模塊接入無(wú)線局域網(wǎng)。微處理器選擇三星公司生產(chǎn)的ARM9系列芯片S3C2440，支持Linux操作系統(tǒng)。協(xié)議轉(zhuǎn)換器支持網(wǎng)關(guān)與IEEE802.15.6/Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、Internet網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以及bluetooth通信協(xié)議等層次之間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)控制與接口模塊將網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入到外部基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，本發(fā)明采用DM9000網(wǎng)絡(luò)芯片接入以太網(wǎng)，用USB接口無(wú)線網(wǎng)卡接入無(wú)線局域網(wǎng)，用藍(lán)牙串口模塊接口接入藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，用WCDMA串口接口模塊接入3G網(wǎng)絡(luò)。ITAG下載/調(diào)試模塊包括JTAG下載接口、USB接口和RS232串行接口。此外根據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)備功能需要，添加外部存儲(chǔ)器單元、IXD顯示單元以及電源模塊，完成網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行、數(shù)據(jù)傳輸以及人機(jī)交互的功能。
[0053]無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能是接收從無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的傳感器終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程醫(yī)療終端和個(gè)人終端，且無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)任務(wù)發(fā)布、存儲(chǔ)傳感器終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、發(fā)布網(wǎng)絡(luò)同步任務(wù)。本發(fā)明所述的無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)支持RS232串口、以太網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等多種通信方式，患者能夠通過(guò)智能手機(jī)、TOC、個(gè)人PC等個(gè)人終端了解到自己的運(yùn)動(dòng)能力恢復(fù)情況和即時(shí)反饋的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案，大大擴(kuò)展了康復(fù)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋范圍。
[0054]本發(fā)明所述的個(gè)人終端包括個(gè)人手持PDA、手機(jī)、平板電腦等可移動(dòng)的終端設(shè)備，其結(jié)合終端軟件，可以使患者及其家屬了解到患者運(yùn)動(dòng)能力恢復(fù)情況、肌力恢復(fù)狀況以及醫(yī)師反饋的康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案，使得患者在家居環(huán)境或者社區(qū)環(huán)境中就能進(jìn)行有效的運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。此外絕大多數(shù)的手機(jī)都配備有GPS定位功能，一旦患者康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練期間出現(xiàn)身體不適、跌倒或者休克等癥狀，醫(yī)師能迅速定位出患者的坐標(biāo)位置，及時(shí)派出救護(hù)人員接治患者。
[0055]遠(yuǎn)程醫(yī)療終端配備相應(yīng)的終端軟件，滿(mǎn)足醫(yī)師實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的功能，并且醫(yī)師能方便地研究病人的運(yùn)動(dòng)能力恢復(fù)情況及肌力恢復(fù)情況。同時(shí)，終端軟件能夠?qū)邮盏谋O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的軟件濾波處理和特征信號(hào)提取處理。遠(yuǎn)程醫(yī)療終端軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Web發(fā)布、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)回放等多種功能。
[0056]信息反饋系統(tǒng)用于還原患者肢體運(yùn)動(dòng)模型，識(shí)別患者的肌肉疲勞程度和訓(xùn)練參與度，并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將效果評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)反饋給患者，實(shí)現(xiàn)的是閉環(huán)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，讓患者在最適宜的刺激下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)障礙康復(fù)訓(xùn)練，即讓患者在虛擬環(huán)境中扮演一個(gè)角色，成為虛擬環(huán)境中的一部分，通過(guò)訓(xùn)練動(dòng)作與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，虛擬環(huán)境即時(shí)給予患者調(diào)整。這種訓(xùn)練方法可以降低康復(fù)治療過(guò)程對(duì)治療師及治療場(chǎng)地的依賴(lài)程度，為患者提供精確、穩(wěn)定、個(gè)性化的訓(xùn)練模式。在本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)對(duì)于患者各方面因素的考量，可以改變虛擬環(huán)境的具體參數(shù)，增加治療過(guò)程的趣味性，激發(fā)患者參與治療過(guò)程的積極性，使被動(dòng)治療變?yōu)橹鲃?dòng)治療。例如患者在康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中進(jìn)行盛湯訓(xùn)練?；颊咄ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單的用小勺從碗里盛湯動(dòng)作完成訓(xùn)練。上述虛擬場(chǎng)景中的虛擬物體(如碗、勺子)都可以設(shè)定重量和大小。通過(guò)運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)患者進(jìn)行監(jiān)控，并評(píng)價(jià)患者的肢體恢復(fù)能力，決定碗的碗口大小和勺子的重量以及每次的盛湯量。如果通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)患者的情緒在訓(xùn)練過(guò)程中持續(xù)波 動(dòng)，說(shuō)明訓(xùn)練的難度過(guò)大，需要及時(shí)減小勺子重量，盛湯量等參數(shù)；若通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)患者在訓(xùn)練過(guò)程中，訓(xùn)練參與度不高，則需要考慮更換虛擬環(huán)境場(chǎng)景模式，例如可以采用倒茶場(chǎng)景的虛擬環(huán)境，足球場(chǎng)景的虛擬環(huán)境等等。
[0057]本發(fā)明工作時(shí)，傳感器終端節(jié)點(diǎn)首先實(shí)時(shí)采集患者的肢體運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位置、速度、加速度)、肌電狀態(tài)參數(shù)(肢體表面肌電)和基本生理體征參數(shù)，然后通過(guò)無(wú)線收發(fā)單元將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸給無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過(guò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線體域網(wǎng)與以太網(wǎng)、藍(lán)牙、GPRS等通用網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接，將患者運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至個(gè)人終端和遠(yuǎn)程醫(yī)療終端，遠(yuǎn)程醫(yī)療終端對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，信息反饋系統(tǒng)重建患者的訓(xùn)練時(shí)肢體運(yùn)動(dòng)3D模型，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將康復(fù)評(píng)價(jià)效果反饋至患者，為后續(xù)康復(fù)訓(xùn)練提供合理性建議。該系統(tǒng)能實(shí)際應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的臨床康復(fù)醫(yī)療實(shí)踐中，在對(duì)患者基本病理信息進(jìn)行安全監(jiān)控的同時(shí)，還能對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)功能和肌力恢復(fù)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)反饋，提高康復(fù)訓(xùn)練效果。
[0058]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0059]第一步驟:設(shè)計(jì)基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的體系架構(gòu)。本系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示；[0060]第二步驟:傳感器終端節(jié)點(diǎn)的信號(hào)調(diào)理單元設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)位置，加速度傳感器單元模塊；設(shè)計(jì)高精度，抗噪聲性能好的肌電信號(hào)調(diào)理電路單元；設(shè)計(jì)高精度，抗噪聲性能好的心電信號(hào)，脈搏信號(hào)，呼吸信號(hào)調(diào)理電路單元；
[0061]第三步驟:傳感器終端節(jié)點(diǎn)微處理器單元設(shè)計(jì)。以8位RISC微處理器為核心，滿(mǎn)足較大數(shù)據(jù)量的采集與處理功能，并添加必要的外圍電路；
[0062]第四步驟:傳感器終端節(jié)點(diǎn)的無(wú)線收發(fā)單元設(shè)計(jì)。無(wú)線收發(fā)單元采用Zigbee技術(shù)，以AT86RF230無(wú)線通信模塊作為核心，擁有最大250Kbps的傳輸速率，工作在2.4GHzISM頻段，低功耗設(shè)計(jì)特點(diǎn)；
[0063]第五步驟:傳感器終端節(jié)點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)。根據(jù)患者在運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練工程中的運(yùn)動(dòng)需要，對(duì)于運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)，肌電信號(hào)，脈搏信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)采用柔性電路板(FPC)設(shè)計(jì)，使患者能更加舒適、方便地穿戴節(jié)點(diǎn)，不限制患者肢體運(yùn)動(dòng)自由，不產(chǎn)生額外運(yùn)動(dòng)負(fù)擔(dān)重量。本發(fā)明的傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖如圖2和圖3所示，A用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)，設(shè)于手的腕關(guān)節(jié)，B用于測(cè)量肌電信號(hào)，設(shè)于手臂上；
[0064]第六步驟:傳感器終端節(jié)點(diǎn)分布設(shè)計(jì)。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)分布圖如圖4所示；
[0065]第七步驟:傳感器終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)。本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)能解析從遠(yuǎn)程醫(yī)療終端以及個(gè)人終端傳來(lái)的命令，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和發(fā)送；
[0066]第八步驟:設(shè)計(jì)無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)各個(gè)單元模塊，包括無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元和無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)電源管理單元；
[0067]第九步驟:設(shè)計(jì)無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)各個(gè)單元模塊，包括微處理器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、外部存儲(chǔ)器、ITAG下載/調(diào)試模塊、網(wǎng)絡(luò)控制與接口模塊、IXD顯示模塊和電源模塊，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)總體架構(gòu)圖如圖5所示；
[0068]第十步驟:設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)軟件。網(wǎng)關(guān)操作系統(tǒng)采用Iinux系統(tǒng)，能高效地控制所有任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行消息處理、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)庫(kù)存取及界面交互功能；
[0069]第十一步驟:設(shè)計(jì)個(gè)人終端。本發(fā)明的個(gè)人終端包括個(gè)人手持PDA以及智能手機(jī)。個(gè)人終端軟件支持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練反饋意見(jiàn)功能。此外手機(jī)GPS定位功能能定位患者康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練地址信息，一旦出現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中出現(xiàn)意外情況，醫(yī)師能及時(shí)做出判斷，并派出救治人員趕到正確地點(diǎn)；
[0070]第十二步驟:設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程醫(yī)療終端軟件，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)間的Socket通信功能，獲取無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波功能，從網(wǎng)關(guān)傳來(lái)的監(jiān)測(cè)信號(hào)仍然存在較多的雜波，需要進(jìn)行軟件濾波，得到更加理想的監(jiān)測(cè)波形；實(shí)現(xiàn)Web發(fā)布功能，使患者監(jiān)護(hù)人能夠通過(guò)個(gè)人PC、PDA和手機(jī)獲得患者的康復(fù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)病人實(shí)時(shí)定位功能；實(shí)現(xiàn)患者身體狀況超過(guò)設(shè)定的安全閾值便即時(shí)報(bào)警的功能；
[0071]第十三步驟:設(shè)計(jì)信息反饋系統(tǒng)。信息反饋系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(運(yùn)動(dòng)加速度、強(qiáng)度、軌跡等)重建患者的肢體3D運(yùn)動(dòng)模型，直觀地反應(yīng)患者的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練情況，研究患者的運(yùn)動(dòng)軌跡是否達(dá)到預(yù)期的設(shè)想；其次，該軟件提取肌電信號(hào)中的特征信息，反饋患者的肌力恢復(fù)情況；此外，該軟件提取心電信號(hào)，脈搏信號(hào)以及呼吸信號(hào)的特征信號(hào)，通過(guò)識(shí)別算法能有效的判斷患者訓(xùn)練參與度，心理狀態(tài)，并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將效果評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)反饋給患者，實(shí)現(xiàn)的是閉環(huán)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。醫(yī)師將反饋的治療方案通過(guò)Web，手機(jī)通用網(wǎng)絡(luò)等常用通信網(wǎng)絡(luò)反饋給患者監(jiān)護(hù)人，使患者不用在醫(yī)院也能進(jìn)行正確、高效、安全的康復(fù)訓(xùn)練。[0072]本發(fā)明進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)工作時(shí)，具體包括下列步驟:
[0073]第一步驟:患者開(kāi)始進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布置和初始化，包括傳感器終端節(jié)點(diǎn)初始化、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)初始化、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)初始化；
[0074]第二步驟:啟動(dòng)監(jiān)控進(jìn)程，顯示無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?br>
[0075]第三步驟:運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)加載系統(tǒng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)程和監(jiān)測(cè)控制進(jìn)程，基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)向無(wú)線體域網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù)采集和傳輸命令；
[0076]第四步驟:個(gè)人終端設(shè)和遠(yuǎn)程醫(yī)療終端讀取無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)繪制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線圖，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)更新。同時(shí)發(fā)送至患者監(jiān)護(hù)人的個(gè)人終端和遠(yuǎn)程醫(yī)療終端的數(shù)據(jù)仍然有較多的雜波，所以需要進(jìn)行有效的濾波算法處理。本實(shí)施例提出采用小波包算法，能有效的濾除信號(hào)中的雜波成分，提取出運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練參數(shù)、肌電信號(hào)和基本生理特征信號(hào)中的特征信號(hào)；
[0077]第五步驟:信息反饋系統(tǒng)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出一系列評(píng)價(jià)結(jié)果，并綜合醫(yī)師的診斷結(jié)果，向患者提供反饋治療方案。本實(shí)施例的信息反饋系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)僅僅實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)、脈搏信號(hào)等生理信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程波形顯示以及閾值報(bào)警功能，沒(méi)有能夠形成一個(gè)有效的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)有效算法還原患者肢體運(yùn)動(dòng)模型，識(shí)別患者的肌肉疲勞程度和訓(xùn)練參與度，并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將效果評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)反饋給患者，實(shí)現(xiàn)的是閉環(huán)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，讓患者在最適宜的刺激下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。
[0078]綜上，本發(fā)明采用無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)，肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者通過(guò)穿戴運(yùn)動(dòng)、肌力、生理等節(jié)點(diǎn)，可實(shí)時(shí)對(duì)訓(xùn)練過(guò)程中患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整醫(yī)師的康復(fù)治療方案；采用運(yùn)動(dòng)、肌力與生理三類(lèi)無(wú)線傳感器終端節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至個(gè)人或遠(yuǎn)程康復(fù)醫(yī)療終端進(jìn)行客觀分析；此外，采用無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)，有效地避免了監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備與患者之間的導(dǎo)線連接，擴(kuò)大了病人的活動(dòng)范圍，同時(shí)還可以持續(xù)地對(duì)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程`進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和評(píng)估，減少了醫(yī)師的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了患者的治療成本。
[0079]本發(fā)明將無(wú)線體域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)康復(fù)醫(yī)療的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，可有效克服傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)康復(fù)評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的實(shí)時(shí)性差、主觀性強(qiáng)、成本較高和不夠開(kāi)放的問(wèn)題；由于肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙患者大多以老年者居多，其身體狀況本身就存在問(wèn)題，因此，本發(fā)明在對(duì)患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、肌力等功能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)的同時(shí)，還對(duì)患者的基本生理體征參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防止訓(xùn)練任務(wù)過(guò)重或康復(fù)治療方案不恰當(dāng)，對(duì)患者的生命安全造成威脅；此外，與現(xiàn)有的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的運(yùn)動(dòng)康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以評(píng)價(jià)患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況為主，并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將效果評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)反饋給患者，實(shí)現(xiàn)的是閉環(huán)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。
[0080]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括傳感器終端節(jié)點(diǎn)、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、個(gè)人終端、遠(yuǎn)程醫(yī)療終端和信息反饋系統(tǒng)，其中，傳感器終端節(jié)點(diǎn)包括電源及依次連接的醫(yī)療傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元和無(wú)線收發(fā)單元，電源為傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的其余部件供電，醫(yī)療傳感器將采集的數(shù)據(jù)送入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理，然后由微處理器單元進(jìn)行處理后控制無(wú)線收發(fā)單元進(jìn)行無(wú)線傳輸；所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過(guò)無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)無(wú)線體域網(wǎng)分別送入個(gè)人終端和遠(yuǎn)程醫(yī)療終端，所述遠(yuǎn)程醫(yī)療終端將所述數(shù)據(jù)處理后送入信息反饋系統(tǒng)，由信息反饋系統(tǒng)建立3D模型進(jìn)行顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療傳感器包括測(cè)量肢體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的三軸加速度傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療傳感器包括測(cè)量肌電狀態(tài)參數(shù)的肌電信號(hào)傳感器，其所對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的前置放大電路、低通濾波電路、高通濾波電路、工頻陷波電路和后級(jí)放大電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器終端節(jié)點(diǎn)中的醫(yī)療傳感器包括測(cè)量基本生理體征參數(shù)的基本生理體征信號(hào)測(cè)量節(jié)點(diǎn)，其所對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的前置放大電路、低通濾波電路、高通濾波電路、工頻陷波電路和后級(jí)放大電路，以及連接前置放大電路輸出端的右腿驅(qū)動(dòng)電路。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述上述傳感器終端節(jié)點(diǎn)由柔性電路板制成。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)包括相互連接的無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元、無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元和無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)電源管理單元，其中，無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)電源管理單元為無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元和無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元供電，所述無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信單元在無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)微處理器單元的控制下，完成傳感器終端節(jié)點(diǎn)與無(wú)線體域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線體域網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述個(gè)人終端采用個(gè)人手持PDA、手機(jī)或平板電腦。
【文檔編號(hào)】A61B5/0402GK103479362SQ201310397629
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】徐國(guó)政, 馮天天, 原曉孟, 高翔, 劉秀鵬 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)