一种中风病人信息采集及管理系统的制作方法

本发明属于信息管理系统，尤其涉及一种中风病人信息采集及管理系统。

技术背景

随着生活节奏的加快，生活方式的不健康，使得中风的发病率呈现出明显的下降趋势，出现了低龄化的倾向。中风是会引起不同程度的脑功能障碍的疾病，严重时可以导致死亡，同时中风具有高发病率以及高致残率的特点，因此对于中风疾病的发病机制以及发病时导致的后遗症是当前医疗康复领域所要研究以及关注的重点。当前中风病人的康复主要是依靠人工进行，通过家人的陪伴进行康复，这无疑会加重家庭的生活负担以及精神上的压力。通过技术手段对中风病人进行科学有效的监控以及治疗，同时对于治疗的效果进行监控，将治疗的实时数据进行存储，通过科学的方法对数据进行分析，从而得出病人的康复效果，为病人的下一步治疗提供科学有效的方案，以此来达到对病人最好的康复效果。

近些年，科学技术的飞速发展，传感器小型化，便捷化，精准化，具有良好的特性，以及物联网领域相关技术的成熟和普及，人们更加注重自身的生活品质，更加注重身体的健康，医疗电子领域有了长足的发展以及进步。同时，伴随着人力以及物力成本的上升，对病人进行自我康复治疗，成为了当前康复领域的趋势，在康复治疗过程中，增加用户的交互性，避免用户疲劳的产生也成为了必然的发展趋势。

wifi(wireless-fidelity)即无线保真，允许电子设备连接到一个无线局域网的技术，它通过2.4guhf或5gshfism射频频段进行设备之间的连接。wifi技术涉及2.4guhf以及5gshfism多个频段。随着无线互联网技术的发展，网络传输速度的加快，wifi技术己经应用于生活中的方方面面，影响着我们的生活。当前一些采集设备使用有线连接的方式进行通信，使用有线连接的方式会造成使用不方便，在使用的时候，会由于多跟线混合在一起造成信号的干扰，同时对于做动作的时候，会由于有线的原因而造成特定动作的限制。

因此对于中风病人来说，拥有一个方便的信息采集方式十分重要，对于中风病人来说，存在肌肉没有力量的问题，因此小型化将会适应使用者的实际需求，便捷以及小型化是制约医疗电子发展的原因之一。因此利用无线wifi的方式对患者上肢姿态进行采集，采集患者的上肢姿态信息以及运动过程中的肌肉信号，将采集到的上肢姿态信息上传到上位机进行存储，建立电子病历，方便对于病人的管理，同时利用每一次的数据建立个人数据库，对病人的康复效果进行评价，通过评价，制定下一阶段的康复策略。

由上可见，将无线传感网络技术以及肌电信号分析运用到中风病人的康复过程中将会对医生对于病人的康复效果有了一个定量的评价，同时能够通过建立病人个人电子数据库对病人的康复效果进行评价，结合肌电信号以及六轴传感器信号对病人从生物电信号以及上肢运动位置信息进行综合评价，评价病人的康复效果。因此，基于无线传感网络的中风病人上肢肌电信号及位置估计综合评价系统的研发是一个新颖的、可行的、有价值的项目发明。

技术实现要素：

针对中风病人康复过程中利用人为进行辅助康复，减少对于家庭其他成员的负担，同时没有办法进行定量估计病人康复效果以及没有一个轻便的，易于操作，易于管理的中风病人康复系统，从而有效对病人效果以及通过肌电信号以及六轴信号定量分析康复效果这一可行点；针对没有很好的自我康复评价体系，没有利用患者自身的生物电信号等缺点。本发明提供一种中风病人信息采集及管理系统，其为使用无线传感网络进行中风病人信息采集，信息处理，信息存储以及康复评价的系统。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种中风病人信息采集及管理系统，包括：六轴无线传感器、肌电传感器、用于获取患者视频数据的视频设备、据传输系统、用户训练上位机、信息管理系统，其中，

所述六轴无线传感器，用于采集中风患者上肢姿态信息的六轴数据；

所述肌电传感器，用于采集肌电信号；

所述数据传输系统，用于采用无线传感器网络技术将六轴数据、肌电数据、患者视频数据发送到用户训练上位机上；

所述用户训练上位机，用于为用户进行实时显示采集到的数据以及训练效果，对于中风病人的康复训练，使用户有一个很好的交互性；

所述信息管理系统，用于建立病人个人信息以及存储病人训练数据。

作为优选，用户训练上位机包括：用户信息设置模块、训练模式选择模块、训练结果显示模块以及康复游戏模块，其中，

用户信息设置模块:首先判断用户是否己经登录，如果判断为登录状态，此时直接进入用户信息页面，如果未登录，此时进入登录界面，登录用户名，选择退出登录，此时将会回到用户界面；

训练模式选择模块:首先选择训练模式的选择，分为主动模式以及被动模式，对于主动模式来说，点击开始训练，播放将要做的动作，此时用户训练上位机接收训练者的动作信息并进行实时的仿真，通过与播放动作进行对比，计算出用户动作的准确度，如果动作不准确，此时重复播放动作演示，提醒患者将要做的动作，如果动作一致，此时判断是否结束开始下一个动作的训练，当选择被动模式时，首选针对不同的训练目的选择被动训练的方案，设置训练的参数，巧开始进行训练，对训练时的数据进行实时采集，绘制训练数据的波形，进行显示，重复进行训练，直到用户结束训练，上传用户的数据记录；

训练结果显示模块:首先通过主页进行选择进入训练记录页面，通过选择开始时间以及截至时间，训练模式，对服务器端口进行请求数据，当请求数据完成后，得到系统的响应，返回json格式的训练数据记录，对请求到的数据进行显示；

康复游戏模块:利用游戏的方式进行康复训练，首先进入康复游戏界面，进行游戏的选择，对于玩家选择的游戏，进行游戏规则的介绍后进入游戏，对玩家与游戏交互过程中产生的实时数据进行采集，通过采集到的数据计算游戏的得分，若游戏结束则将游戏的分数进行上传。

作为优选，所述六轴传感器对患者上肢姿态采集的六轴数据包括三轴加速度信号和三轴陀螺仪信号，将采集到的六轴信号进行融合，融合后输出患者上肢在空间的姿势角度，角度信息分别包括横滚角，俯仰角以及行偏角，通过空间中的三个角度信息，唯一的确定上肢的姿态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:

本发明的系统更加灵巧方便，功率低，耗电量低，有很强的续航能力；同时，较现有中风病人康复技术相比，利用患者的生物电信号，可以更加直观的反映患者的病情状态以及康复的效果，增加游戏模块，方便患者的康复训练，给康复训练过程增加更多的趣味性；此外，通过无线传感网的信息采集方式，对使用者来说更加的方便，活动范围更加广泛，将数据进行存储，建立个人档案，方便医生对于患者病情的监控，制定出相应的康复策略。

附图说明

图1为系统结构图；

图2为用户使用上位机图；

图3为用户使用上位机主页；

图4为用户使用上位机登录页面；

图5为用户使用上位机信息显示页面；

图6为用户使用上位机主动训练模式界面；

图7为用户使用上位机被动训练模式界面；

图8为用户使用上位机训练记录界面；

图9为用户使用上位机训练效果评估界面；

图10为用户使用上位机康复游戏选择界面；

图11为用户使用上位机使用帮助界面；

图12为服务器端数据库总表；

图13为数据库用户一病人关联表；

图14为数据库用户表；

图15为数据库病人信息表；

图16为数据库运动数据记录表；

图17为数据库康复游戏信息表；

图18为数据库加速度传感器数据表；

图19为数据库kniect数据表；

图20为数据库肌肉电信号数据表；

图21为数据库视频信号数据表；

图22为数据库康复游戏数据表；

图23为管理平台首页；

图24为管理平台查询病人信息；

图25为管理平台添加病人信息；

图26为管理平台查询用户；

图27为管理平台添加用户；

图28为管理平台运动数据记录；

图29为肌电信号采集以及数据上传逻辑框图；

图30为用户使用上位机逻辑框图；

图31为管理系统逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种中风病人信息采集及管理系统包括：信号采集端、客户端、服务器端、数据传输系统；其中，信号采集部分包括：六轴无线传感器、肌电传感器、用于获取患者视频数据的视频设备；客户端包括：用户训练上位机，用于与用户交互的功能；服务器端包括：信息管理系统，用于建立病人个人信息以及存储病人训练数据。

所述六轴无线传感器，用于采集中风患者的上肢姿态信息，通过对患者在空间中的不同姿态位置的采集，评价患者手臂的康复程度，所述六轴传感器对患者上肢姿态采集的六轴数据包括三轴加速度信号和三轴陀螺仪信号，将采集到的六轴信号进行融合，融合后输出患者上肢在空间的姿势角度，角度信息分别包括横滚角，俯仰角以及行偏角，通过空间中的三个角度信息，唯一的确定上肢的姿态。本发明利用wifi模块，角度信息发送到信号采集端，设计一个开关用来控制传感器的工作状态，当按下开关时，传感器将会工作，进行信息的采集，当关闭开关时，传感器不进行工作，通过设置开关，可以十分方便的对传感器的工作状态进行控制，本发明采用外置的电源对传感器进行供电，提供传感器的工作电压，利用开关将电源以及传感器进行连接，通过开关控制电源对传感器的供电。

所述肌电传感器，用于采集肌电信号，所述肌电信号的频率在20hz-4ohz之间，对采集到的原始信号分别进行高通、低通，然后再对信号进行放大、滤波，将模拟量转变为数字量，输入到控制台，将输入到控制台的数据，上传到上位机进行实时的波形显示。所述肌电传感器，利用表面肌电电极对肌肉电信号进行采集，在采集肌电信号时，由于肌电信号十分微弱，因此必须将采集到的肌电信号进行放大处理，肌电信号通过二级放大，放大倍数1000倍，第一级采用仪器仪表放大器ad620进行放大，二级电路采用lm358和op07进行放大，同时为了减少50hz的工频干扰。通过rc与运算放大器构成有源的带通滤波器，肌电信号频率为20-500hz，通过对放大器进行设置，使得20-500ohz的信号通过。同时电源部分采用ams11175.ov和7660构成一对正负5v的电压为运放供电。最后通过ams11173.3v稳压到3.3v对控制器进行供电。r25、c24、r26和u2(op07)构成驱动电路，ad620将信号放大10倍左右。c25与r12与u3(op07)构成一个有源高通滤波器。r35,c26构成低通滤波器，放大倍数一共1000倍。将两个icl7660s进行并联，为电路产生负电源，同时提高输出最大电流。放大后的信号电压范围在-5v到5v之间，为了控制器可以很好的对信号进行读取，将放大后的信号固定到0-3.3v，令最后的输出电压范围为0-3.3v，通过ad进行读出。

所述上位机，用于为用户进行实时显示采集到的数据以及训练效果，对于中风病人的康复训练，使用户有一个很好的交互性，使用c#建立上位机软件，上位机软件的使用对象是患者，患者可以在训练的过程中实时的观看到数据、以及训练的过程，同时为了能够增加趣味性，避免训练的过程中患者产生疲倦的心里，因此设计了与患者进行交互的小游戏，设定不同的任务，对患者进行不同方式的恢复。上位机软件如图2一图11所示。图2上位机软件包括，设置传感器采集的频率，校验位，数据位，停止位以及能够显示原始的采集数据和数据融合后的角度信息，并且对融合后的角度信息进行实时的绘制。图3上位机软件为软件的主页，分别显示用户信息，训练数据，训练记录，训练效果评估，康复游戏以及关于软件的使用帮助指南；图4为用户登录界面，登录界面包括用户名和密码；图5为显示用户信息的界面，信息包括两部分，分为个人信息以及病情信息，个人信息包括姓名，年龄，性别，信息均可进行拓展，留有很好的接口，病情信息包括病症信息，患病时间等信息。图6一图8为训练界面，图6所示，训练模式分为两类，包括主动模式以及被动模式两种训练方式，在训练界面上有两个界面，分别为动作演示以及动作仿真，动作演示为设定的标准动作动画，动作仿真为病人根据演示动画进行的运动效果展示，通过对比动作演示以及患者的动作来分析患者的动作差异，图7所示，设置训练方式，由专业的医生设定病人的训练方案进行存储，根据不同的病人，不同的病情选择不同的训练方案，同时可以对训练的等级一级训练的时长进行训练，当设定完毕后，选择开始训练，可以进行训练，图8所示为同一个病人的训练信息，训练信息包括开始时间，结束时间，模式设定，以及训练的时长；图9为对病人的效果评估界面，显示病人的评估信息以及病人的训练效果。图巧为训练游戏界面，在训练游戏界面对游戏类别进行选择，同时对不同的游戏进行游戏开始前的训练目的以及游戏玩儿法进行说明；图11为系统的使用帮助，介绍系统的使用方式，分别包括系统的功能介绍，使用向导，用户信息，训练信息，训练记录，评估方式以及有关于康复游戏的介绍。

上位机包括以下的四个部分，分别为用户信息设置模块、训练模式选择模块、训练结果显示模块以及康复游戏模块，以下分别介绍这四个部分的逻辑。

用户信息设置模块:首先判断用户是否己经登录，如果判断为登录状态，此时直接进入用户信息页面，如果未登录，此时进入登录界面，登录用户名，选择退出登录，此时将会回到用户界面。

训练模式选择模块:首先选择训练模式的选择，分为主动模式以及被动模式，对于主动模式来说，点击开始训练，播放将要做的动作，此时上位机接收训练者的动作信息并进行实时的仿真，通过与播放动作进行对比，计算出用户动作的准确度，如果动作不准确，此时重复播放动作演示，提醒患者将要做的动作，如果动作一致，此时判断是否结束开始下一个动作的训练，当选择被动模式时，首选针对不同的训练目的选择被动训练的方案，设置训练的参数，巧开始进行训练，对训练时的数据进行实时采集，绘制训练数据的波形，进行显示，重复进行训练，直到用户结束训练，上传用户的数据记录。

训练结果显示模块:首先通过主页进行选择进入训练记录页面，通过选择开始时间以及截至时间，训练模式，对服务器端口进行请求数据，当请求数据完成后，得到系统的响应，返回json格式的训练数据记录，对请求到的数据进行显示。

康复游戏模块:为了增加康复训练过程的趣味性以及更好调动患者的积极性，利用游戏的方式进行康复训练，首先进入康复游戏界面，进行游戏的选择，对于玩家选择的游戏，进行游戏规则的介绍后进入游戏，对玩家与游戏交互过程中产生的实时数据进行采集，通过采集到的数据计算游戏的得分，若游戏结束则将游戏的分数进行上传。

所述数据传输系统，用于采用无线传感器网络技术将六轴数据、肌电数据、患者视频数据发送到上位机上。数据传输系统框图如图29所示，首先将传感器固定在待采集的部位，将采集到的原始信号进行放大，放大后进行ad操作，对信号分别进行陷波滤出以及高通滤波，同时对六轴传感器的数据通过iic方式输入到开发板中，进行卡尔曼滤波，将滤波后六轴数据以及肌电数据根据数据帧协议进行组合，之后通过hc-05串口蓝牙模块将数据上传到移动端上位机，上位机首先接收到数据后，对数据进行帧解码，绘制出信号的波形，将信号通过wifi或者3g的方式发送到上位机，上位机接收数据，进行波形显示，对接收到的数据进行sg平滑滤波，对滤波后的数据分析心率、频谱、信息嫡等信息对健康状态进行评估，同时对数据进行存储。

所述信息管理系统，用于搭建患者的电子病例、以及对病人信息的管理，该部分的使用对象是医生以及后台管理者，医生获取上位机的数据，通过内置的算法对数据进行分析，从而对患者的康复效果进行评价，制定出更加合理的康复方案。

所述信息管理系统包括：10个数据库，分别如图12-22所示，图12为系统总体关联表，图13一图22为各个不同的数据库，图13为用户一病人关联表，包括用户id以及病人id；图14为用户数据表，包括用户名，密码，用户类型，用户创建时间，用户有效时间以及用户状态等6个字段；图15为病人信息表，包括病人编号，病人姓名，年龄，性别，身份证明，患病信息以及创建时间等7个字段；图16为运动数据记录表，包括病人id，训练模式，开始时间，结束时间，加速度数据，kniect数据，视频数据，游戏数据以及数据上传时间10个字段，图17为康复游戏信息表，包括游戏名称，游戏说明，游戏图标，状态以及创建时间5个字段；图18为加速度传感器数据表，包括数据内容以及上传时间两个字段；图19为kniect数据表，包括数据时间以及上传时间两个字段；图20为肌肉电信号数据表，包括数据内容以及上传时间两个字段；图21为视频信号数据表，包括数据内容以及上传时间两个字段；图22为康复游戏数据表，包括游戏id，游戏成绩以及上传时间三个字段。

信息管理系统逻辑处理框图如图31所示，其中，图23一图28分别为管理系统的首页，病人信息管理(查询病人信息)，病人信息管理(添加病人信息)，用户管理(查询用户)，用户管理(添加用户)，运动数据记录。

病人信息管理包括对病人信息的查询以及添加病人的信息，如图24所示，其中，病人信息的管理包括病人的编号，病人的姓名，病人的年龄，病人的性别，病人的身份证号，建立病人信息的时间以及信息的创建时间；如图25所示，添加病人信息包括添加病人的姓名，年龄，性别，身份证号以及患病时间等信息。

用户管理包括对用户的查询操作以及对用户的添加操作，其中对用户的查询操作如图26所示，包括查询用户的用户名，用户类型，创建时间，有效时间以及当前用户的状态信息。如图26所示，对用户的管理操作包括管理用户的用户名，密码，以及对于密码的重置操作，用户类型以及有效时间。

运动数据管理如图28所示，包括管理用户的训练模式，用户的训练时长，用户的原始加速度数据，原始视频数据，原始肌电数据以及康复游戏的选择。