本發(fā)明公開一種可穿戴設備，特別是一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備、系統(tǒng)及方法，屬于輔助醫(yī)療康復技術領域。

背景技術：

帕金森病(parkinson'sdisease，簡稱為pd)是一種中老年人常見的神經系統(tǒng)退行性疾病，平均發(fā)病年齡為60歲左右，40歲以下起病的青年帕金森病較少見。據(jù)統(tǒng)計目前全球約有500萬帕金森病患者，中國人占47%，隨著中國老齡化問題不斷加劇，預計到2030年中國帕金森患者數(shù)量將占全球的57%。同時，目前城市65歲以上人群帕金森患病率已接近2%，65%的患者被誤診和漏診，帕金森病已嚴重威脅著我國中老年人群的健康。

帕金森病患者通常都具有不同程度的運動障礙癥狀，臨床上以靜止性震顫、運動遲緩、肌僵直和姿勢步態(tài)障礙為主要特征。帕金森癥患者常有起步困難的情況，醫(yī)學上稱為“凍結步態(tài)”，其具體表現(xiàn)為行走前或行走時運動的短暫性阻滯，患者起步猶豫，不能行走，或行走時感覺自己的腳像“粘”在地板上，一般持續(xù)數(shù)秒，偶爾時間長至30秒。凍結步態(tài)發(fā)生于pd晚期，有研究資料顯示60%的pd中晚期病例可出現(xiàn)凍結步態(tài)，而早期亦可有7%的發(fā)病率。凍結步態(tài)的發(fā)生，極容易導致患者發(fā)生摔倒，還對患者的日常生活能力和生存質量產生較大負作用，如活動主動性下降、身體不適感、日常活動受限、情感溝通以及認知障礙等。

神經外科醫(yī)生在對帕金森病患者的疾病治療中發(fā)現(xiàn)，若患者在行走時給予一定的外部刺激提示引導患者行走，如提示性的光標或有節(jié)拍的聲音，則能夠很好的改善患者的凍結步態(tài)，同時會使患者能夠更好地控制自己行走時的步態(tài)及步速，這種長期的康復性訓練使得患者逐漸改善病況。所以采取提供外部刺激提示的方法來輔助患者進行康復訓練，對鍛煉患者的步態(tài)及病情改善都大有益處。

臨床上對凍結步態(tài)的評估主要是基于患者在就診時的對病情的描述和醫(yī)生在患者就診時對患者病情癥狀的觀察，然后參照統(tǒng)一帕金森病評定量表(updrs)或凍結步態(tài)量表來給患者的凍結步態(tài)嚴重程度進行評分。但這種評估方法存在很強的主觀性，一是因為患者對病情的描述存在很大的主觀性，二是因為凍結步態(tài)的偶然出現(xiàn)性導致患者在臨床就診時往往沒有凍結步態(tài)癥狀，因此醫(yī)生也沒法觀察患者發(fā)生凍結步態(tài)癥狀時的情形，所以該評估方法有時診斷和評定誤差較大。而現(xiàn)在隨著智能硬件和可穿戴設備發(fā)展，帕金森患者可通過穿戴傳感器設備實現(xiàn)對患者日常生活中運動數(shù)據(jù)的采集，進而對這些數(shù)據(jù)分析后得出帕金森患者出現(xiàn)凍結步態(tài)的頻率及嚴重程度，這種方法相對于臨床上主要依靠患者描述及醫(yī)生觀察的評估方法明顯地更具有客觀性，而且能讓醫(yī)生掌握患者在日常生活中步態(tài)障礙程度及病情發(fā)展情況，以更好地根據(jù)病情來給患者提供最優(yōu)的藥物治療方案。

現(xiàn)有的專利中，用于帕金森患者的類似可穿戴設備是由溫州市人民醫(yī)院申請的實用新型專利——用于帕金森患者的助步鞋，該助步鞋主要通過產生引導光線來給患者提供視覺刺激以輔助患者行走，但缺乏對患者運動數(shù)據(jù)的采集和分析以用于患者的病情監(jiān)測的功能，不能有效幫助醫(yī)生診斷病情。

因此，亟需設計一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備以實現(xiàn)患者的輔助康復訓練，并且能夠實時監(jiān)測患者的病情改善情況。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述提到的現(xiàn)有技術中的帕金森患者的可穿戴設備功能單一的缺點，本發(fā)明提供一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備、系統(tǒng)及方法，其可在帕金森患者行走時通過產生提示性的引導光線或有節(jié)拍的聲音來輔助患者進行步態(tài)康復訓練，進而幫助改善患者的凍結步態(tài)，引導患者更好地行走，還能為病情嚴重程度不同的患者提供不同的訓練模式，對于癥狀較輕的患者，可選擇僅在凍結步態(tài)發(fā)作時才自動打開光線或聲音提示，對于癥狀較重的患者，則總是打開光線或聲音提示。并且，該設備同時能夠實時監(jiān)測患者的運動狀態(tài)信息，通過患者的運動狀態(tài)信息分析出患者凍結步態(tài)的改善情況，作為醫(yī)生判斷患者康復治療情況的參考。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是：一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備，可穿戴設備包括一字型激光頭（4）、激光頭角度調節(jié)器（2）、控制系統(tǒng)的電路安裝盒（1）以及彈性綁帶（3），一字型激光頭（4）安裝在激光頭角度調節(jié)器（2）上，激光頭角度調節(jié)器（2）固定安裝在控制系統(tǒng)的電路安裝盒（1）上，控制系統(tǒng)的電路安裝盒（1）內安裝有控制電路板；彈性綁帶（3）固定安裝在電路安裝盒（1）上，控制電路板上設有控制系統(tǒng)（6），控制系統(tǒng)（6）包括助步引導光線產生模塊（6-5）、下肢姿態(tài)傳感器模塊（6-4）、蜂鳴器模塊（6-3）、微控制器（6-1）和無線通信模塊（6-2），助步引導光線產生模塊（6-5）和蜂鳴器模塊（6-3）分別與微控制器（6-1）連接，微控制器（6-1）控制助步引導光線產生模塊（6-5）產生提示性引導光線，微控制器（6-1）控制蜂鳴器模塊（6-3）產生有節(jié)拍的聲音，下肢姿態(tài)傳感器模塊（6-4）與微控制器（6-1）連接，采集患者的運動狀態(tài)信號并傳輸給微控制器（6-1），無線通信模塊（6-2）與微控制器（6-1）連接，將相應的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊（6-2）發(fā)出，并接收控制指令。

一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個如上述的用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備以及智能控制終端，兩個可穿戴設備分別通過無線通信方式與智能控制終端連接，進行數(shù)據(jù)通信。

一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的方法，該方法為采用如上述的用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的系統(tǒng)，兩個可穿戴設備本體分別通過彈性綁帶（3）穿戴于患者的左、右兩個小腿處，患者雙腿穿戴好可穿戴設備后，當患者右腳跨步落地時，穿戴于右腳上的可穿戴設備通過一字型激光頭（4）在患者左腳前方照射出提示引導光線，患者看到引導光線后受到視覺刺激，大腦控制其左腿跨過光線，當左腳跨步落地時，穿戴于左腳上的可穿戴設備通過一字型激光頭（4）在患者右腳前方照射出提示引導光線，引導患者右腳去跨過它，蜂鳴器模塊（6-3）產生有節(jié)拍的聲音來給患者提供引導行走的聽覺刺激，下肢運動參數(shù)傳感器模塊（6-4）實時采集患者的運動狀態(tài)信號，并傳輸給微控制器（6-1），微型控制器（6-1）分析計算出跨步時差，將這兩種信息傳送至無線通信模塊（6-2），再以無線通信方式發(fā)送至智能控制終端，作為醫(yī)生診斷患者康復治療狀況的參考。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案進一步還包括：

所述的一字型激光頭（4）通過螺紋連接安裝在激光器角度調節(jié)器（2）上。

所述的激光頭角度調節(jié)器（2）采用球形萬向調節(jié)器，包括帶有缺口的中空的球套和球心，球套內部空間與球心形狀相吻合，球心設置在球套內，且能在球套內轉動。

所述的助步引導光線產生模塊（6-5）包括三極管放大電路q1和一字型激光頭（4），三極管放大電路q1、一字型激光頭（4）以及限流電阻r5串聯(lián)連接在電源和地之間，三極管放大電路q1的基極與微控制器（6-1）的一個io口連接。

所述的下肢姿態(tài)傳感器模塊（6-4）采用9軸姿態(tài)傳感器，包括3軸加速度計、3軸陀螺儀和3軸磁力計，9軸姿態(tài)傳感器與微控制器（6-1）連接，用于實時采集患者行走時的抬腿角度和加速度運動狀態(tài)信號，并將收集的運動狀態(tài)信號發(fā)送到微控制器（6-1）。

所述的蜂鳴器模塊（6-3）包括有源蜂鳴器模塊ls1和三極管放大驅動電路q3，有源蜂鳴器模塊ls1和三極管放大驅動電路q3串聯(lián)連接在電源和地之間，三極管放大驅動電路q3的基極與微控制器（6-1）的一個io口連接。

所述的無線通信模塊采用wifi模塊、藍牙模塊、rf模塊、2g通信模塊、3g通信模塊、4g通信模塊或5g通信模塊。

對于癥狀較輕的患者，助步引導光線及聲音提示初始時都不打開，當智能控制終端通過接收的患者運動狀態(tài)信息判斷患者行走過程中是否有凍結步態(tài)產生，一旦監(jiān)測到產生凍結步態(tài)，則馬上觸發(fā)光線或聲音提示；對于癥狀較重的患者，則設置為助步引導光線或聲音提示始終打開。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中的一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備，其可以通過視覺刺激和聽覺刺激兩種方式來幫助改善患者的凍結步態(tài)，視覺刺激的方式是通過在患者腳部前方產生提示性引導光線，來使患者有更強烈的意愿跨過引導光線，有利于凍結步態(tài)的緩解和患者的康復治療。聽覺刺激的方式是通過給患者提供有節(jié)拍的聲音，使得患者按照聲音節(jié)拍行走，更好地控制自己行走時的步速和步調。同時，其將患者的運動狀態(tài)信息實時反饋到智能手機中，有利于醫(yī)生對患者凍結步態(tài)病況的實時監(jiān)測和對患者康復治療情況的判斷。而且，本發(fā)明的可穿戴設備質量輕，體積小，結構簡單，便于穿戴，可以讓患者在家中進行康復治療，具有很強的環(huán)境適應性和實用性。

下面將結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明本體的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明功能系統(tǒng)示意方框圖。

圖3是本發(fā)明控制系統(tǒng)結構示意圖。

圖4是本發(fā)明中的三極管放大電路。

圖5是本發(fā)明中的三極管放大驅動電路。

圖中，1-電路安裝盒，2-激光頭角度調節(jié)器，3-彈性綁帶，4-一字型激光頭，5-智能手機，6-控制系統(tǒng)，6-1-微控制器，6-2-無線通信模塊，6-3-蜂鳴器模塊，6-4-下肢姿態(tài)傳感器模塊，6-5-助步引導光線產生模塊。

具體實施方式

本實施例為本發(fā)明優(yōu)選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護范圍之內。

請參看附圖1至附圖5，本發(fā)明中用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備主要包括設備本體和內置于設備本體內的控制系統(tǒng)，設備本體包括一字型激光頭4、激光頭角度調節(jié)器2、控制系統(tǒng)6的電路安裝盒1以及彈性綁帶3，一字型激光頭4安裝在激光頭角度調節(jié)器2上，本實施例中，一字型激光頭4通過螺紋連接安裝在激光器角度調節(jié)器2上，具體實施時，其也可以采用其他的固定安裝方式，一字型激光頭4用于產生照射在患者腳步前方的一字型助步引導光線，激光頭角度調節(jié)器2固定安裝在控制系統(tǒng)6的電路安裝盒1上，用于調節(jié)助步引導光線照射的位置，本實施例中，激光頭角度調節(jié)器2采用球形萬向調節(jié)器，其包括帶有缺口的中空的球套和球心，球套內部空間與球心形狀相吻合，球心可剛好設置在球套內，且能在球套內轉動，以便于調節(jié)助步引導光線照射的位置，球套和球心之間通過相互之前的阻尼作用力維持其相對位置固定，控制系統(tǒng)6的電路安裝盒1用于安裝助步器的控制電路板；彈性綁帶3固定安裝在電路安裝盒1上，用于將所述設備穿戴于患者的小腿處。

本實施例中，控制系統(tǒng)6包括助步引導光線產生模塊6-5、下肢姿態(tài)傳感器模塊6-4、蜂鳴器模塊6-3、微控制器6-1和無線通信模塊6-2，本實施例中，微控制器6-1采用avr單片機，具體實施時，其也可以采用其他型號或系列的單片機實現(xiàn)，本實施例中，助步引導光線產生模塊6-5包括三極管放大電路q1和一字型激光頭4（即d1），三極管放大電路q1、一字型激光頭4以及限流電阻r5串聯(lián)連接在電源（本實施例中采用的為3.3v正電源）和地之間，三極管放大電路q1的基極與微控制器6-1的io口連接，用于通過微控制器6-1控制其工作，助步引導光線產生模塊6-5用于在帕金森患者腳部前方產生提示性引導光線，以視覺刺激的方式引導患者跨過光線，指引患者的行走步態(tài)；本實施例中，下肢姿態(tài)傳感器模塊6-4采用9軸姿態(tài)傳感器，其包括3軸加速度計（三軸加速度計大多采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理，產生的加速度正比于電阻、電壓和電容的變化，通過相應的放大和濾波電路進行采集，用于檢測患者走路時的腿部的加速度信號）、3軸陀螺儀（三軸陀螺儀最大的作用就是“測量角速度，以判別物體的運動狀態(tài)，所以也稱為運動傳感器”）和3軸磁力計（磁力計（magnetic、m-sensor）也叫地磁、磁感器，可用于測試磁場強度和方向，定位設備的方位，磁力計的原理跟指南針原理類似，可以測量出當前設備與東南西北四個方向上的夾角。），9軸姿態(tài)傳感器用于實時采集患者行走時的抬腿角度和加速度運動狀態(tài)信號，并將收集的運動狀態(tài)信號發(fā)送到微控制器6-1；本實施例中，蜂鳴器模塊6-3包括有源蜂鳴器模塊ls1和三極管放大驅動電路q3，有源蜂鳴器模塊ls1和三極管放大驅動電路q3串聯(lián)連接在電源（本實施例中采用的為3.3v正電源）和地之間，三極管放大驅動電路q3的基極與微控制器6-1的io口連接，用于通過微控制器6-1控制其工作，蜂鳴器模塊6-3用于在患者行走時提供有一定節(jié)拍的聲音，以聽覺刺激的方式引導患者按照聲音節(jié)拍來行走，從而能更好地控制行走時的步調和步速；微控制器6-1用于控制助步引導光線產生模塊6-5和蜂鳴器模塊6-3分別產生提示性引導光線和有節(jié)拍的聲音，指引患者行走，同時采集患者的運動狀態(tài)信號，將相應的數(shù)據(jù)發(fā)送至無線通信模塊6-2，還用于解析無線通信模塊6-2接收到的指令，并對接收指令做出相應反饋動作；本實施例中，無線通信模塊采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其具體可采用wifi模塊、藍牙模塊、rf模塊、2g通信模塊、3g通信模塊、4g通信模塊或5g通信模塊等具有無線數(shù)據(jù)傳輸功能的模塊，用于將患者的運動狀態(tài)信號和跨步時差以無線通信方式發(fā)送至智能手機5中，同時還將接收智能手機5發(fā)送的指令數(shù)據(jù)。

在智能手機5軟件界面上為患者選定好了訓練模式后，微型控制器6-1通過無線通信模塊6-2接收智能手機5所發(fā)送的指令，然后根據(jù)不同指令為助步引導光線產生模塊6-5及蜂鳴器模塊6-3設置不同的初始化方式，對于癥狀較輕的患者，助步引導光線及聲音提示初始時都不打開，之后智能手機5軟件通過接收的患者運動狀態(tài)信息判斷患者行走過程中是否有凍結步態(tài)產生，即通過9軸姿態(tài)傳感器的檢測數(shù)據(jù)進行判斷，當某一個或某幾個數(shù)據(jù)超過一定閾值時，則判斷為凍結步態(tài)產生，一旦監(jiān)測到產生凍結步態(tài)，則馬上觸發(fā)光線或聲音提示；而對于癥狀較重的患者，則設置為助步引導光線或聲音提示始終打開。

本發(fā)明中用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的系統(tǒng)包括兩個上述的用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備以及智能控制終端，兩個可穿戴設備分別用于安裝在患者的左腳和右腳上，兩個可穿戴設備分別通過無線通信方式與智能控制終端連接，進行數(shù)據(jù)通信，本實施例中，智能控制終端采用智能手機5，具體實施時，也可以采用平板電腦、手提電腦以及專用的手持控制終端等。

本發(fā)明中用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的方法，即上述用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備和系統(tǒng)的應用方法，其輔助康復治療的實現(xiàn)方式是：左右兩個可穿戴設備本體分別通過彈性綁帶3穿戴于患者的兩個小腿處，患者雙腿穿戴好可穿戴設備后，當其右腳跨步落地時，穿戴于右腳上的可穿戴設備通過一字型激光頭4在患者左腳前方照射出提示引導光線，患者看到引導光線后受到視覺刺激，大腦控制其左腿跨過光線，當左腳跨步落地時，穿戴于左腳上的可穿戴設備在右腳前方照射出提示引導光線，引導患者右腳去跨過它?；颊哌€可通過智能手機5控制開啟蜂鳴器模塊6-3，使可穿戴設備產生有節(jié)拍的聲音來給患者提供引導行走的聽覺刺激?；颊哌€可通過智能手機5發(fā)送指令數(shù)據(jù)給微型控制器6-1，微型控制器6-1因不同指令控制助步引導光線產生模塊6-5和蜂鳴器模塊6-3處于不同的狀態(tài)，使得患者能夠根據(jù)病情嚴重程度選擇不同的康復訓練方式。同時，所述下肢運動參數(shù)傳感器模塊6-4會實時采集患者的運動狀態(tài)信號，并且所述微型控制器6-1會分析計算出跨步時差，之后將這兩種信息傳送至無線通信模塊6-2，再以無線通信方式發(fā)送至智能手機5，作為醫(yī)生診斷患者康復治療狀況的參考。

以上實施例所述的一種用于帕金森患者步態(tài)訓練和監(jiān)測評估的可穿戴設備，其可以通過視覺刺激和聽覺刺激兩種方式來幫助改善患者的凍結步態(tài)，視覺刺激的方式是通過在患者腳部前方產生提示性引導光線，來使患者有更強烈的意愿跨過引導光線，有利于凍結步態(tài)的緩解和患者的康復治療。聽覺刺激的方式是通過給患者提供有節(jié)拍的聲音，使得患者按照聲音節(jié)拍行走，更好地控制自己行走時的步速和步調。同時，其將患者的運動狀態(tài)信息實時反饋到智能手機中，有利于醫(yī)生對患者凍結步態(tài)病況的實時監(jiān)測和對患者康復治療情況的判斷。而且，該可穿戴設備質量輕，體積小，結構簡單，便于穿戴，可以讓患者在家中進行康復治療，具有很強的環(huán)境適應性和實用性。