一种整合生理参数监测的平衡功能测评装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于医学诊断技术领域，更具体地，涉及一种整合生理参数监测的人体平衡功能测评装置及方法。
【背景技术】
[0002]平衡功能是人体的一项重要功能，它对于人体维持日常生活中的各种姿势、进行各种活动以及对外界干扰产生适当的反应尤其重要。从生理学角度来看，人体的平衡能力主要与人体的前庭觉、视觉和本体觉有关。视觉信息由视网膜收集，经视通路传入视中枢，提供周围环境及身体运动和方向的信息;本体感觉由分布于肌肉、关节及肌腱等处的感受器收集身体各部位的空间定位及肌紧张状态的信息，经本体感觉传导通路向上传递;前庭系统感受器包括三个半规管、椭圆囊和球囊，其中三个半规管用来感知人体角加速度运动的信息，椭圆囊和球囊用来感知瞬时直线加速度运动及重力加速度运动的信息，这些运动信息经第四对颅神经进入脑干。由中枢整合前庭觉、视觉及本体觉的输入信息并作出反应，以维持机体平衡状态。当前庭觉、视觉和本体觉存在病变或者中枢代偿失衡，将导致机体出现平衡障碍和眩晕。
[0003]人体的前庭系统在维持身体平衡中起着非常重要的作用，一旦前庭受损，机体将主要依靠来自视觉和本体觉的输入信息。因此，通过干扰受检者的视觉和本体觉，用科学的技术手段对受检者的平衡功能进行实时的量化检测及医学评估，对诊断患者病变部位有极重要的意义。另一方面，准确评估平衡障碍和眩晕病人的中枢代偿状态，对前庭康复治疗方案的选择和设计有重要参考价值。
[0004]目前，平衡功能测量主要采用压力传感器技术。专利号为US5303715A的美国专利Apparatus and method for determining the presence of vestibular pathology中公开了一种平衡功能的测评，其测试平台使用压力传感器来记录人体重心晃动的轨迹，通过可以前后晃动的测试平台和背景幕布干扰测试者的本体觉和视觉，从而对前庭功能进行测评。中国专利“中国人群静态平衡能力评估模型”在公开说明书CN104346518A中公开了一种静态平衡能力的测评，它是通过压力传感器实时记录人体在平衡仪上的重心轨迹，对人体的前庭觉、视觉和本体觉进行测评。这种技术及方法存在以下挑战:首先，采用压力传感器只能在二维平面内检测人体重心移动的位置情况，而在实际维持平衡的过程中，人体重心是在三维空间中发生移动;其次，压力传感器反映的是脚踝的晃动，反映不出人体整体的晃动幅度，导致测量结果的准确性受到影响;再次，该系统体积庞大，摆设位置固定，不便于携带，临床使用受到一定限制;最后，目前该系统价格昂贵、检测成本高、不利于推广使用。
[0005]平衡功能测评中也有使用陀螺仪技术。专利号为US5919149A的美国专利Methodand apparatus for angular posit1n and velocity based determinat1n of bodysway for the diagnosis and rehabilitat1n of balance and gait disorders把设备佩戴在人体胸部，用两个陀螺仪分别测量平面里角度变化情况，从而得到对平衡能力的测评。但是该专利仍只在二维平面内检测人体的平衡能力，没有对三维空间的考虑，而在实际测量过程中人体重心是在三维空间内变化的。另一方面，使用佩戴在胸部的陀螺仪测量人体左右方向晃动的角度数值通常没有前后方向晃动的角度数值大，设备在测量左右方向晃动时的灵敏性不够高，会一定程度影响测量结果的准确性。此外，该专利也没有涉及本发明的生理参数监测内容，即整合生理参数作为一项客观评估人体维持稳定性的指标。
[0006]另外，对平衡功能进行测评还有使用量表方法。中国专利“走直线的前庭平衡功能测评系统和方法”在公开说明书CN103678923A中公开了一种走直线的前庭功能测评系统。它选择了对平衡能力有典型代表性的动作编制成测评项目，将不同颜色、图案和形状的标识单元佩戴在被测者的腿上，用存储有音频动作指令的信息指挥被测者行走在指定区域，用计分工具和规则来测评被测者的行走表现。量表法虽然易于量化，不需专门设备即可评分，但是操作相对繁琐，属于主观评定，测评结果准确度不高。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种整合生理参数监测的人体平衡功能测评装置及方法，旨在解决现有相关装置准确性和灵敏性不高、成本价格高、便携性差等问题。
[0008]本发明提供了一种整合生理参数监测的人体平衡功能测评装置，包括摆动幅度测量模块、生理参数测量模块和终端模块;所述摆动幅度测量模块包括用于测量人体躯干前后摆动角加速度和人体躯干上下移动线性加速度的躯干测量单元，以及用于测量双侧手臂左右摆动角加速度的手臂测量单元;所述生理参数测量模块用于测量人体的生理参数;所述终端模块用于根据所述摆动幅度测量模块测量的数据以及所述生理参数测量模块测量的数据综合评判人体平衡功能。
[0009]更进一步地，所述躯干测量单元包括依次连接的运动传感器组合、第一微处理器和第一无线通信模块，以及用于给所述运动传感器组合、第一微处理器和第一无线通信模块提供工作电源的第一电源模块;所述运动传感器组合用于测量人体躯干前后摆动角加速度大小和人体躯干上下移动线性加速度大小;所述第一微处理器用于对所述运动传感器组合测量的数据进行处理;所述第一无线通信模块用于将处理后的数据传输给所述终端模块，同时将所述终端模块的控制指令传输给所述第一微处理器。
[0010]更进一步地，所述运动传感器组合包括用于测量人体躯干前后摆动角加速度大小的第一单轴陀螺仪和用于测量人体躯干上下移动线性加速度大小的单轴加速度计。
[0011]更进一步地，所述手臂测量单元包括依次连接的第二单轴陀螺仪、第二微处理器和第二无线通信模块，以及用于给所述第二单轴陀螺仪、第二微处理器和第二无线通信模块提供工作电源的第二电源模块;所述第二单轴陀螺仪用于测量双侧手臂左右摆动角加速度大小;所述第二微处理器用于对所述第二单轴陀螺仪测量的数据进行处理;所述第二无线通信模块用于将处理后的数据传输给所述终端模块，同时将所述终端模块的控制指令传输给所述第二微处理器。
[0012]更进一步地，所述生理参数测量模块包括依次连接的生理传感器组合、第三微处理器和第三无线通信模块，以及用于给所述生理传感器组合、第三微处理器和第三无线通信模块提供工作电源的第三电源模块;所述生理传感器组合用于测量人体的生理参数;所述第三微处理器用于对所述生理传感器组合测量的数据进行处理;所述第三无线通信模块用于将处理后的数据传输给所述终端模块，同时将所述终端模块的控制指令传输给所述第三微处理器。
[0013]更进一步地，所述生理传感器组合包括用于测量心率的心率传感器和用于测量血压的血压传感器。
[0014]更进一步地，所述终端模块包括终端显示单元、数据整合处理单元和第四无线通信模块;所述第四无线通信模块的输入端用于接收所述摆动幅度测量模块和所述生理参数测量模块测量的数据，所述数据整合处理单元的输入端连接至所述第四无线通信模块的第一输出端，所述显示单元的第一输入端连接至所述第四无线通信模块的第二输出端，所述显示单元的第二输入端连接至所述数据整合处理单元的输出端。
[0015]更进一步地，使用时，所述躯干测量单元的佩戴部位是腰间，所述手臂测量单元的佩戴部位是双上臂下部，所述生理参数测量模块的佩戴部位是手腕。
[0016]本发明还提供了一种基于上述的整合生理参数监测的人体平衡功能测评装置的人体平衡功能测评方法，包括下述步骤:
[0017](I)获得人体躯干前后摆动角加速度，人体躯干上下移动线性加速度，双侧手臂左右摆动角加速度以及人体的生理参数；
[0018](2)将步骤(I)的数据进行融合处理，并根据处理后的结果综合评判人体平衡功會K。
[0019]更进一步地，若任意一脚移动，则测试结果为“跌倒，平衡能力分数为零”；若双脚均未移动，则生成测试结果报表并打印，测试结束。
[0020]本发明通过在三维空间内测量人体重心的变化幅度，可以准确得到平衡功能测量结果;通过测量双侧手臂与躯干部位在翻转方向(即Roll，运动方向是围绕X轴旋转)的夹角，得到人体重心在翻转方向的精确变化幅度，提高了测量装置的灵敏性;通过整合与人体重心变化同时获得的人体生理参数即心率和血压的变化幅度值，增加了一项客观评估人体维持稳定性的指标，进一步提高平衡功能测量结果准确性。本装置操作简单，较易掌握使用方法;该装置对检测场所无条件限制(例如磁场、光线等)，扩大了检测地点的使用范围；因采用MEMS传感器，故装置整体体积小、质量轻，便于移动携带，很大程