基于ZigBee的可穿戴非接触式震颤检测装置和方法的研究

发布时间：2017-05-09 16:26

  本文关键词：基于ZigBee的可穿戴非接触式震颤检测装置和方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：帕金森综合症(Parkinson's Disease,PD)是最近几年发病率逐渐升高的几大病患之一,诊断该疾病的重要依据是病人在不同姿态下所表现出的体表的震颤频率和幅度。目前研究显示用于PD震颤测量的传统传感器还具有很多缺陷:使用加速度或者陀螺仪的传感器,只是单一测量人体局部震颤,没有考虑姿态影响;表面肌肉电传感器(Surface EMG Sensor,EMGs),不易穿戴,病人可活动范围窄,而且只能用于临床;采用机械机构(比如机械臂)的传感器,往往价格昂贵,重量偏大,加重了病人穿戴负荷。本文针对这些问题,提出了一种专用于监测帕金森震颤信号的可穿戴非接触式PD震颤检测检测方法,并设计了系统的震颤检测装置。PD震颤信号采集方面,在参考了传统的只依靠机械传感器或者生物传感器的基础上,信号采集端使用机械传感器的同时,从光电的角度出发,由微功率的调制脉冲激光照射人体皮肤表面,产生的漫反射脉冲光会通过凸透镜在位置敏感性器件(Position Sensitive Device,PSD)的表面成像,这种被称为“激光三角测量法”的测量方法会将震颤信号转化为光电信号,使得整个采集过程干扰小,采集速度更快,能耗更低;在信号的传输方面,摒弃了传统的有线方法,采用基于ZigBee的星形无线网络结构,将人体多个点的信号采集至集中器,使得病人的可活动空间大(活动半径大于400m),避免了测量时候出现的紧张、不安等不良情绪影响测量结果;信号处理方面,在信号的集中器上使用了嵌入式实时系统μC/OS-Ⅱ2.90和人机交互界面emWin5.12,并使用C#在PC平台搭建了友好的上位机界面。各个节点的数据会以曲线的形式显示并存储在手持设备或者PC上,为帕金森疾病的诊断、监测和护理提供有效的数据化、可视化支持。通过对人体不同部位的五个点进行模拟测试,整个装置能够测得PD震颤数据,并能反映PD病人的姿态变化。实验表明,整个系统能够得出PD病人常规生活状态下的有效数据,并能把震颤信号显示并存储起来。该系统改进了传统“穿戴式”传感器(Wearable Sensors)必须和人体发生直接紧密接触这一单一的模式,克服了现有传感器的诸多缺点,有效避免了病人因穿戴传感器而出现紧张、激动等不良情绪影响测量,保证了数据的有效性。
【关键词】：帕金森病 姿态 震颤 传感器 可穿戴
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R742.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外现状和发展趋势11-12
• 1.3 目前存在的问题12
• 1.4 本文内容与安排12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 2 PD震颤信号的特点与检测方式14-18
• 2.1 目标信号的特点14-15
• 2.1.1 肢体平衡性感知数据14-15
• 2.1.2 肢体震颤性感知数据15
• 2.2 目标信号的常用检测方式15-17
• 2.2.1 直接接触型15-16
• 2.2.2 间接测量型16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 3 PD震颤检测方法的对比和改进18-23
• 3.1 用于PD震颤检测的传感器类型18-19
• 3.1.1 机械信号传感器18
• 3.1.2 光电信号传感器18
• 3.1.3 生物信号传感器18-19
• 3.1.4 其它震颤检测传感器19
• 3.2 检测方法的改进19-22
• 3.2.1 检测方法的基本原理20-22
• 3.3 本章小结22-23
• 4 PD震颤检测装置的改进及其应用23-34
• 4.1 信号采集端的硬件设计23-27
• 4.1.1 PSD器件的基本特性23-24
• 4.1.2 PSD处理电路的设计与对比24-25
• 4.1.3 PD震颤信号采集传感器的实现25-27
• 4.2 通信方法的选择与通信模块设计27-30
• 4.2.1 通信方法的选择27-29
• 4.2.2 通信模块的设计29-30
• 4.3 嵌入式平台的硬件对比和选择30-33
• 4.3.1 嵌入式平台的配置对比30-31
• 4.3.2 嵌入式平台的设计31-33
• 4.4 本章小结33-34
• 5 PD震颤检测系统的软件设计34-50
• 5.1 信号采集端的软件设计34-35
• 5.2 通信协议栈的软件设计35-42
• 5.2.1 ZigBee协议栈的构架35-38
• 5.2.2 ZigBee协议栈的通信流程38-39
• 5.2.3 传感器网络的建立与结构39-40
• 5.2.4 装置中数据帧的结构40-42
• 5.3 嵌入式平台的软件设计42-47
• 5.3.1 μC/OS-Ⅱ的性能与特点42-43
• 5.3.2 μC/OS-Ⅱ的移植43-44
• 5.3.3 emWin的性能与特点44-45
• 5.3.4 emWin的移植与使用45-47
• 5.4 PC上位机软件设计47-49
• 5.5 本章小结49-50
• 6 信号检测实验及装置性能测试50-55
• 6.1 信号采集端的波形测试50-51
• 6.2 ZigBee通信质量测试51
• 6.3 嵌入式平台的性能测试51-54
• 6.3.1 缓存空间对显示效果的影响51-52
• 6.3.2 波特率对显示效果的影响52-54
• 6.4 震颤数据的标准量化54
• 6.5 本章小结54-55
• 7 总结与展望55-57
• 7.1 总结55
• 7.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果61-62
• 致谢62-63

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本文编号：352869