[发明专利]基于多模态信号同步的冻结步态采集分析系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于多模态信号同步的冻结步态采集分析系统及方法，其技术特点是：该系统包括功能近红外光谱脑成像系统、肌电信号测量系统和地面反作用力测量系统，所述肌电信号测量系统安装有实时打标软件，该肌电信号测量系统与功能近红外光谱脑成像系统、和地面反作用力测量系统相连接并在实时打标软件的控制下实现脑皮层血红蛋白浓度信号、表面肌肉电信号和足底压力信号采集分析功能。本发明采用多模态信号同步采集方式，使得数据分析的时间一致性，实现了所需设备之间的时间同步功能，并且在每个实验中，fNIRS、sEMG和vGRF信号同时被记录下来并用于步态分析，并能够对多模态信号进行相关分析，实现了评估的连续性功能。

技术领域

本发明属于人工智能技术领域，尤其是一种基于多模态信号同步的冻结步态采集分析系统及方法。

背景技术

帕金森病是一种神经退行性疾病，其运动功能障碍的特征主要有如下四种：静止性震颤、僵硬、运动迟缓和姿势不稳。由于帕金森患者存在上述运动功能障碍，因此，其生活质量受到严重影响。

随着功能近红外技术(functional near-infrared-spectroscopy,fNIRS)的发展，人类脑部氧合血红蛋白(HBO)可以被读取和定量分析。fNIRS是一种利用神经-血管耦合理论的较新的光学神经成像技术。神经-血管耦合是由神经元活动或胶质细胞活动引起的，这种活动可促使活动脑区的血流增强，以满足神经元组织的能量需求。基于这些神经皮层组织的血流动力学反应，fNIRS技术可以通过HBO的变化来间接地评估大脑激活程度。

帕金森病患者的震颤和僵硬特征可以直接在肌电信号(sEMG)中发现，通过对肌电信号的预处理和特征提取，可以定量分析帕金森病患者的震颤和强直。

帕金森病患者的肌肉问题和轴向症状也会导致步态表现异常。步态功能障碍可用于评估帕金森病患者的生活质量、跌倒风险甚至死亡率。在能够自行行走的患者中，行走时的独特外力是地面反作用力(vGRF)。因此，记录竖直方向的vGRF并分析患者的步态，可以对医生的评估起到辅助作用。

上述脑皮层血红蛋白浓度、肌电信号、足底压力信息可用于帕金森病患者特征分析，但是，由于现有测试设备相互独立，这些设备之间的时间不同步，数据测量及数据分析的时间也是不一致的，无法对采集的信号同时记录，同时，由于时间的不同步，因此无法对多模态信号进行相关分析，更无法实现评估的连续性功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、实时性强且准确性高的基于多模态信号同步的冻结步态采集分析系统及方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于多模态信号同步的冻结步态采集分析系统，包括功能近红外光谱脑成像系统、肌电信号测量系统和地面反作用力测量系统，所述肌电信号测量系统安装有实时打标软件，该肌电信号测量系统与功能近红外光谱脑成像系统、和地面反作用力测量系统相连接并在实时打标软件的控制下实现脑皮层血红蛋白浓度信号、表面肌肉电信号和足底压力信号采集分析功能。

进一步，所述功能近红外光谱脑成像系统包括近红外测量设备和fNIRS系统主机，该近红外测量设备测量的fNIRS信号通过无线方式传输至fNIRS系统主机中，在fNIRS系统主机内安装有fNIRS信号采集分析软件；所述近红外测量设备包括16个近红外信号源、18个探测器,近红外测量设备使用的近红外光波长分别为760和850nm，采样率为10Hz。

进一步，所述肌电信号测量系统包括无线表面肌电设备、无线采集器、sEMG系统主机，该无线表面肌电设备测量的表面肌电信号通过无线方式传输至无线采集器，该无线采集器通过采用USB转串口线与sEMG系统主机相连接并进行数据交互，在sEMG系统主机内安装有sEMG信号采集分析软件；所述表面肌电设备的采样频率为2000Hz。