基于IMU的帕金森病患者冻结步态检测方法研究

发布时间：2020-07-28 21:09

【摘要】：冻结步态(freezing of gait,FOG)是一种以反复发作的短暂性步态迟滞中止为特征的步态障碍,常发生于帕金森病(Parkinson's disease,PD)中晚期,且原因不明。冻结步态的发生严重影响帕金森病患者的活动能力,降低生活质量。目前临床上专业医师多用量表对冻结步态进行判定和严重程度的评估,客观化定量评估手段较少使用,因此在临床工作中,不同的医生对患者病情就有不同的看法,这就会严重影响到患者病情的改善。因此对冻结步态的客观性判定及其严重程度的量化性评估尤为重要,更好地为帕金森病患者制定康复治疗计划,为此本文提出一种基于IMU的帕金森病患者冻结步态检测方法。本文的主要工作内容如下:(1)分析了帕金森病患者冻结步态检测的研究背景和意义,调研了大量国内外帕金病患者冻结步态检测方法的研究现状,并总结了目前国内外用于冻结步态评估方法的优缺点。(2)探究了帕金森病患者冻结步态数据采集系统的功能指标和设计原则,构建了基于惯性测量单元(IMU)的帕金森病患者冻结步态数据采集系统实现方案。(3)参考国际上公认的量表,统一帕金森病评定量表(Unified Parkinson Disease Rating Scale,UPDRS),设计了一套帕金森病患者冻结步态检测实验方案,收集了实验数据。另外进行了惯性测量单元所采集到的运动数据的预处理。(4)提出了新型冻结阈值和最值指数的提取方法,并通过公开数据集数据和实验数据进行频域上的数据特性对比,进行了新型冻结阈值有效性的验证,基于公开数据集进行了仅利用冻结指数检测方法和利用冻结指数及最值指数检测方法的对比,实验结果证明了最值指数的有效性,由此得出特征参数。(5)提出了基于支持向量机的帕金森病患者冻结步态检测方法,利用支持向量机的简单二分类应用识别出患者处于正常步态和冻结步态,并与基于冻结指数检测方法进行了对比,实验结果证实了该方法的识别率。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R742.5;TP181
【图文】：

示意图,三维运动,示意图,运动捕捉

照组（Ｃｏｎｔｒｏｌ）。并在骨骼粗隆，辨识容易的地方。伴有冻结步态的ＰＤ患者在测试过程中会有多坐标，这些三维坐标可以通过运动捕捉仪记录下一些运动学参数和时空参数的计算，类似图１．邋１

步态,鞋垫,足底压力

其中鞋垫式足底压力分布系统最为常见的是美国Ｔｅｃｋｓｃａｎ邋Ｆ－ｓａｃｎ鞋垫，平板式逡逑足底压力分布系统最为常见的是德国的Ｚｅｂｒｉｓ压力板。此外，国内魏凯等［１７］利逡逑用动态测量的方法采集患者足底压力数据。如图１．邋２所示。并将采集到的患者足逡逑底压力数据通过以太网传输至ＰＣ端，通过对采集到的数据进行去噪，聚类分割、逡逑脚型识别、参数提取等过程来获取患者的步态时空参数，并利用模糊分类的方法逡逑对数据进行分类评估。逡逑＿逡逑图１．２步态通道图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｇａｉｔ邋ｃｈａｎｎｅｌ逡逑国外Ｊｅｆｆｒｅｙ邋Ｍ．邋１＾１＾0遗等［１８５利用压敏鞋垫的压力变化记录地面反作用力、逡逑足部下方的垂直力、压力中心以及腿部和身体运动的变化。具体为在３００邋Ｈｚ频逡逑率下对鞋垫压力进行采样＞邋并使用频谱分析和去趋势波动分析（ＤＦＡ）来量化鞋垫逡逑压力变化的频率含量和时间结构，研究发现在冻结步态中存在低振幅的复杂振逡逑荡，特别在１ＨＺ－６ＨＺ的范围内，在冻结步态过程中，在３ＨＺ－６ＨＺ频带内，功率逡逑平均为２１．５邋±１３．５％，步行时，大部分功率集中在步幅频率１ＨＺ附近，只有４．８±１．４％逡逑的功率在３ＨＺ－６ＨＺ范围内。还观察到正常站立或坐着的时候，腿部的震颤峰值逡逑频率范围在２．邋ＯＨＺ－６．邋４ＨＺ之间。尽管通常震颤频率与冻结期间所见的频率相似，逡逑但对于每个患者

总体结构,数据采集系统,平台

图２．１数据采集系统总体结构图逡逑ｇｕｒｅ邋２．１邋Ｏｖｅｒａｌｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｄａｔａ邋ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ邋ｓｙｓ件平台逡逑

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