[发明专利]基于可穿戴智能设备的帕金森闭环深部脑刺激系统

说明书

本发明为基于可穿戴智能设备的帕金森闭环深部脑刺激系统，包括可穿戴智能设备和深部脑刺激系统。可穿戴智能设备由智能指环，智能腕表和智能鞋垫组成，可用于帕金森患者震颤和步态冻结等症状的检测与评估。本系统有两种工作模式：手动调节模式和自动调节模式。本发明提出的基于可穿戴智能设备的帕金森闭环深部脑刺激系统可实现震颤和步态冻结等症状的智能检测和深度脑刺激参数的闭环调节，可应用于帕金森患者的监护和治疗。

技术领域

本发明涉及闭环深部脑刺激系统，具体涉及基于可穿戴智能设备的帕金森闭环深部脑刺激系统。

背景技术

帕金森是一种常见的神经退行性疾病，给中老年人的身体健康和生活质量带来了极大危害，其常见症状为静止性震颤、冻结步态和动作迟缓。深部脑刺激作为一种新型疗法，具有可逆性、可控性、低风险的特点，大大降低了传统的药物治疗和核团损毁术的副作用和致残风险。然而由于帕金森的发病机理尚不明确，目前深部脑刺激参数依靠医师经验对患者临床症状及体征进行主观判断并采用试凑法进行设定，缺乏客观定量的评估指标，难以实现实时闭环优化调节以适应患者随环境扰动和疾病进程而变化的疾病状态。

因此，针对上述问题，亟需研发一种可以实时全面监测评估帕金森症状并据此闭环调节刺激参数的系统，能够实时监控患者状态，对患者施加及时有效的刺激。

发明内容

为解决目前临床问题，本发明提供了一种基于可穿戴智能设备的帕金森闭环深部脑刺激系统，旨在实现实时采集手部震颤信号以及足底压力信号，并对两类震颤信号以及压力信号进行实时同步处理，用以检测评估帕金森患者的震颤和冻结步态等症状，基于评估结果可以手动调控或通过嵌入式闭环开关控制算法实时调节深部电刺激参数，以解决目前临床不能实时灵活优化深部电刺激的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于可穿戴智能设备的帕金森闭环深部脑刺激系统，其特征在于：包括用于帕金森症状检测处理的可穿戴智能设备和深部脑刺激子系统；

其中，所述的用于帕金森症状检测处理的可穿戴智能设备包括智能腕表、智能指环和智能鞋垫；智能鞋垫用于获取足底压力信号，智能指环用于获取手指震颤信号，智能腕表用于获取手腕震颤信号同时接受智能指环和智能鞋垫采集的足底压力信号并进行分析处理；

具体分析处理的过程是：智能腕表同时同步采集所述的手腕震颤信号、手指震颤信号以及足底压力信号，对足底压力信号进行足底压力成像处理得到统一规格的压力信号热力图；

然后对手腕震颤信号、手指震颤信号、压力信号热力图进行特征层面数据融合，特征层面数据融合采用的是卷积神经网络集合+循环神经网络模型，对采样数据进行周期性处理；所述的卷积神经网络集合由若干个具有相同结构的卷积神经网络组成，多个卷积神经网络顺序编号，所述循环神经网络包括输入层、一个隐藏的全连接层和一个softmax模型的输出层；首先将获取的压力信号热力图作为卷积神经网络集合的输入，各卷积神经网络并行工作，互不干扰，但保持同时启动；压力信号热力图按照时间顺序分别依次进入卷积神经网络集合中的相应卷积神经网络，得到足底压力值的压力时间序列数据，将手腕震颤信号、手指震颤信号、足底压力值的压力时间序列数据在时域上进行数据对齐，组成一组三维时间序列信号，输入到循环神经网络中；

所述循环神经网络根据输入信号，依次识别出不同时刻的足底压力分布以及两类震颤信号大小所对应的PD患者状态，输出并记录不同时刻的PD患者状态数据，再通过动作识别时序整合各个时刻的识别结果，获得完整的识别结果，实现PD患者状态的评估；

所述循环神经网络每个时刻的输入信号除卷积神经网络集合提取的压力时间序列数据以外,还包括两类震颤信号、上一时刻循环神经网络的输出数据以及上一时刻循环神经网络识别结果转化成的向量数据。