帕金森患者运动功能评价系统设计

摘要

帕金森疾病是老年人群中的高发病之一，随着我国人口老龄化的加剧，帕金森患者也越来越多。帕金森疾病的主要症状为运动功能障碍，给患者的生活带来极大的不便和痛苦。早期帕金森病的延误治疗率高达60％，究其原因在于现有诊断方法的不足。目前临床上对帕金森患者的运动功能评估普遍采用量表法，该方法具有很大的不足之处:(1)存在主观臆断性，临床医师根据量表让患者做相应的动作，从而进行肉眼判断，存在极大的主观性，这就导致不同医师对同一个患者的评估结果可能不同。(2)不够准确，量表法主要用于中后期运动障碍明显的PD患者，对于早期细微的动作信号难以捕捉。(3)效率低下，一次评估需要根据量表中的多项指标重复执行，繁琐耗时。立足于此，本文提出了基于惯性传感器和无线通信网络的人体运动信号采集系统，用于解决量表法的不足，实现帕金森患者运动功能的客观高效精确评价。
　　本文所设计的人体运动信号采集系统由终端节点和网关节点组成。系统包含了多个终端节点和一个网关节点。终端节点佩戴于人体的特定部位，采集对应部位的运动数据，包括三轴加速度和三轴角速度信号。终端节点通过无线方式接收来自网关节点的命令，多个终端节点在网关节点的协调下有序工作，在同一实验中的各个节点数据保持高同步性，各个节点将采集到的数据通过无线方式依次上传给网关节点。网关节点通过USB接口与上位机（如PC机）相连，负责整个系统的无线通信网络构建和上位机命令的转发。最终实现上位机通过发送开始、结束、上传、擦除等命令控制各个终端节点执行相应动作。本系统实现了可穿戴式设计，方便用户使用，通过自定义的无线通信网络实现多节点的无线式管理，简单方便。此外，本文对系统的无线充电方式进行了研究，实现了单板无线充电方案，从而进一步提升了系统使用的方便性。
　　在系统稳定可靠的基础之上，经过与南京市脑科医院的临床医师交流，制定了专门用于帕金森患者的实验范式动作，并进行了多次临床数据采集实验。多次实验证明本系统具有较高的稳定性，可以满足临床数据采集的需求。此外，本系统除了可以应用于帕金森患者的运动功能评估之外，也可以用于运动员训练评估，脑卒中患者运动功能评估等场景，具有很高的实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．2．1 PD患者运动功能评估一般方法

1．2．2 基于穿戴式传感器法的运动功能评价

1．3 研究内容

1．4 论文安排

第二章 系统硬件设计

2．1 系统整体方案

2．1．1 整体方案论述

2．1．2 终端节点子系统设计

2．1．3 网关节点子系统设计

2．1．4 系统功能框图

2．2 核心器件选型

2．2．1 控制器模块

2．2．2 传感器模块

2．2．3 存储器

2．2．4 电源模块

2．2．5 无线通信模块

2．2．6 串口通信模块

2．3 系统PCB设计

2．3．1 系统EMC设计

2．3．2 系统版本迭代

2．4 本章总结

第三章 系统软件设计

3．1 网关节点软件设计

3．2 终端节点软件设计

3．3 无线通信网络设计

3．3．1 拓扑结构

3．3．2 网络协议

3．3．3 无线通信网络构建

3．4 多节点数据同步性设计

3．4．1 多节点数据不同步的原因和影响

3．4．2 基于逻辑时间差计算的数据同步解决方案

3．5 系统状态可视化设计

3．6 本章总结

第四章 系统测试和临床使用

4．1 系统测试

4．1．1 能耗测试

4．1．2 无线通信网络测试

4．1．3 传感器测试

4．1．4 系统参数总览

4．2 系统使用

4．2．1 节点准备工作

4．2．2 传感器节点佩戴

4．2．3 实验范式动作

4．2．4 临床数据采集

4．3 本章总结

第五章 无线充电方案设计

5．1 无线充电的必要性

5．2 无线充电方案设计与实现

5．2．1 无线充电原理

5．2．2 方案设计与实现

5．2．3 无线充电性能测试

5．2．4 多节点无线充电设计

5．3 本章总结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

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