帕金森病可穿戴AI穴位电刺激治疗和运动监测一体设备

帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备
技术领域
1.本发明涉及帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备，属于医疗器械领域。


背景技术：

2.帕金森病（parkinson's disease, pd）是由于黑质多巴胺神经元减少，从而导致纹状体内多巴胺耗竭，其典型的表现包括运动迟缓、静止性震颤、肌僵直、姿势平衡障碍等运动症状，以及睡眠障碍、疼痛、体位性低血压、便秘等非运动症状。随着针灸治疗pd的有效性在临床以及基础研究上的进一步确认，针灸已经成为不可缺少并且有确切客观依据的一种治疗方法。经皮穴位电刺激治疗（teas）是在针灸穴位疗法的基础上，结合电刺激效应，通过调整波形、时间、频率和强度等参数于穴位处起到不同的作用。
3.目前，在研的pd可穿戴设备包括了运动症状和药物反应的监测，但无法完成非运动症状参数，比如跌倒、睡眠障碍等监测，没有系统综合评价运动和非运动症状，所获得的数据只能片面反映部分症状，尤其对pd患者跌倒关注不足。此外，可穿戴设备只能监测症状，并未融合治疗于一体，对患者的帮助有限。且因pd患者运动症状导致患者行动不便；临床上医师操作差异可引起临床疗效不同；目前的临床研究中，选穴方面未开展临床证型加减研究等原因，给针刺应用和推广带来不便。
4.因此，亟需一款可以量化、个性化的可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备，进行实时症状监测，根据监测数据分析及时调整可穿戴ai治疗设备的内设方案，形成闭环式管理。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备，具备运动症状的数据可视化，闭环管理pd的诊断、治疗、疗效评估和跌倒风险预测水平功能，实现推动针刺设备现代化的目的。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备，包括设备本体，所述设备本体采用仿生复合柔性材料制作成弹性衣裤形式，其结构特点在于：所述设备本体上设置有传感器模块、智能芯片模块和穴位电刺激模块，所述传感器模块与智能芯片模块通过无线连接，所述智能芯片模块与穴位电刺激模块采用有线连接，所述智能芯片模块与人机交互app通过无线连接，所述智能芯片模块包括配套电池和智能芯片，所述穴位电刺激模块包括电极阵列和导线，所述智能芯片与配套电池、传感器模块、电极阵列和人机交互app连接，所述智能芯片位于腰部，且以腰包形式存在，所述人机交互app与外置按钮通过无线连接。
7.进一步地，所述传感器模块包括一号传感器、二号传感器、三号传感器、四号传感器、五号传感器、六号传感器、七号传感器、八号传感器、九号传感器、十号传感器和十一号
传感器，所述一号传感器、二号传感器、三号传感器、四号传感器、五号传感器、六号传感器、七号传感器、八号传感器、九号传感器、十号传感器和十一号传感器均设置在设备本体上，且均与智能芯片连接。
8.进一步地，所述一号传感器和二号传感器分别设置在设备本体的左、右肘关节，所述三号传感器和四号传感器分别设置在设备本体的左、右腕关节，所述五号传感器和六号传感器分别设置在设备本体的左、右拇指远端，所述七号传感器和八号传感器分别设置在设备本体的左、右食指远端，所述九号传感器和十号传感器分别设置在设备本体的左、右踝关节，所述十一号传感器设置在设备本体的腰间。
9.进一步地，所述传感器模块中的传感器均为小型、长时程、高稳定性的传感器，采用zigbee方式无线传输，所述智能芯片采用zigbee方式无线传输，用于接收传感器模块反馈的数据，进行传感器数据融合，智能分析评估运动相关数据，并将信息同步传输至人机交互app显示。
10.进一步地，所述电极阵列采用碳纤维上径向排列的多孔碳纳米管阵列电极材料，所述导线采用基于生物仿生丝的超韧电子肌腱材料。
11.进一步地，所述电极阵列的制备方法如下：
①
氧化锌纳米棒阵列的合成：将zn（no3）2·
6h2o和hmta与氨气一起溶解在去离子水中，在恒磁条件下持续搅拌30分钟，然后将获得的均匀溶液转移到高压釜内衬中，碳布垂直浸入反应溶液中，并在90℃下保持密封16小时，反应结束后，将涂有浅蓝色产物的碳布用去离子水和乙醇洗涤数次，得到所需的znonras；
②
多孔碳纳米管阵列的合成：在高温管式炉内进行znonrs表面碳质层的催化沉积和碳壳内znonrs的去除，将乙醇通过n2载体在400℃下引入4小时，然后利用气相还原的手段经过2小时在800℃下用h2/ar（5vol%h2）去除zno内核，最终产物缓慢冷却至室温，获得pcnta@cfs，即多孔碳纳米管阵列电极材料。
12.进一步地，所述导线的备过程如下：
①
生物仿生丝表面改性：第一步，使用纯度为99.9%的乙醇将收集的仿生丝洗涤三次并在恒温80℃环境下干燥12小时，之后在纯氧环境下使用等离子体对仿生丝进行亲水性处理10分钟，仿生丝表面形成羟基亲水基团；第二步，将改性后的仿生丝浸泡在含有硝酸银的乙醇溶液中5分钟，使得亲水性基团-oh变为-oag，而-oag将作为产生纳米岛状结构的种子；第三步，通过滴流法将含-oag仿生丝浸于含有醌二甲烷（tcnq）的乙醇溶液中，然后在100℃下退火5分钟，最终在表面形成一层纳米岛状结构，
②
导电仿生丝复合材料制备：采用滴流法在改性仿生丝表面涂覆含有单壁碳纳米管（swcnt）的pedot：pss溶液，滴流速率为每5秒1滴，在80℃下退火5分钟，最终仿生丝直径由3～4μm变为6～7μm并在仿生丝表面形成导电褶皱结构。
13.进一步地，所述智能芯片包含多种针灸治疗处方库，具有处方赋能的作用，由基础穴和配穴组成。
14.进一步地，所述人机交互app通过无线方式与智能芯片连接，用于采集患者基本信息，患者填写《中医证候量表》以及帕金森病情相关的评估问卷，采集舌象信息，智能芯片根
据患者填写的内容，自动判断中医证候分型，并结合运动相关数据，分析从处方库中输出对应的处方，包括具体的穴位、以“得气”为标准的电刺激强度和电刺激的时长，所有处方的电流刺激均不直接经过心脏，同时根据pd患者电刺激之后的参数变化分析学习，优化处方输出。
15.进一步地，所述设备本体覆盖区域包括头顶部、躯干、四肢，不包括腕关节和踝关节以下部位，依据骨度分寸取穴方法，达到穴位的精准化定位；该帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备采用弹性定位取穴，根据中医骨度分寸原则，用同身寸实现弹性定位，即以人体骨性标志作为可穿戴衣的标志性参考位点进行标定：包括头部、腕部、肘部、肩部、背部、腰部、胸部、腹部和腿部。
16.进一步地，所述电极阵列为穴位刺激芯片，在柔性的电极阵列中布置力、电、化学传感器，测量因“得气”而产生的穴位皮肤局部的力、电和化学信号的变化，通过收集相关数据，利用智能算法进行训练，保证“得气”可控的电针阵列接通进行电刺激，病人可通过外置按钮或人机交互app的界面上的虚拟按钮自行调节至“得气”，根据ai处方库输出对应的治疗处方，智能控制各个穴位点上电信号的频率以及电流强度的刺激。
17.进一步地，所述人机交互app用于采集患者信息，在规定时间提醒患者佩戴设备开始监测、完成规范动作、治疗，并将设备监测的结果实时显示成便于患者理解的数据结果，同时界面上的虚拟按钮涵盖了外置按钮的所有功能。
18.进一步地，所述传感器模块将采集的运动监测病史数据传入智能芯片进行分析得到诊断，并根据诊断结果输出治疗方案，将方案输出至电极阵列进行治疗，在治疗后传感器模块再一次采集运动监测病史数据传入智能芯片，评估患者病情变化，判定治疗是否有效，若有效则维持当前治疗方案，若无效则调整治疗方案，形成闭环式管理。
19.相比现有技术，本发明具有以下优点：1、针对pd患者的特殊姿态，采用多角度视觉拍照采集数据，结合智能图像分析处理技术，构建数据库，建立pd患者的姿态模型，为穿戴式ai穴位电刺设备的穴位准确定位以及运动监测设备精确的收集和计算数据奠定基础。
20.2、该设备携带11个小型传感器，分布于腰间、双肘关节、双腕关节、双拇指远端、双食指远端、双踝关节，用于监测和采集上述部位的运动数据，运动监测范围广。
21.3、该设备携带的智能芯片可以接收传感器采集的运动数据，通过传感器智能算法融合，提取特征参数，转化成客观数据，实现精准化运动亚型的分类、疾病严重程度的分级。
22.4、该设备具有处方赋能功能，基础处方结合患者的运动亚型、证候分型和伴随症状设立了54种处方，本研究将对设备的材料和样式进行全方位更新，将柔性传感器、柔性导电和电极材料相结合，以建立pd姿态模型为前提进行智能穴位定位，制作出舒适、有弹性、可拉伸、具备一定透气性的可穿戴设备，此可穿戴设备如弹性内衣。
23.5、穴位电刺激的治疗方法克服了患者畏惧针灸的心理、缓解了针刺和电针的疼痛感，且本设备的电刺激以“得气”为标准，保证了较好的治疗效果。
24.6、该设备将进行pd患者的运动监测病史采集，至智能芯片中进行数据分析得到诊断，再由智能芯片诊断的结果输出治疗方案，将输出方案至穴位电刺激设备进行pd患者的治疗，同时根据治疗后监测设备的结果，调整治疗方案，形成闭环式管理。
25.7、智能芯片完成数据实时处理，将结果上传至相关联的人机交互app中，并实时显
示成便于患者理解的数据结果，实现数据结果实时化和可视化。
附图说明
26.图1是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的模块结构示意图。
27.图2是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的主视结构示意图。
28.图3是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的后视结构示意图。
29.图4是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的左视结构示意图。
30.图5是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的右视结构示意图。
31.图6是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的使用流程图。
32.图7是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的数据处理流程图。
33.图8是本发明实施例的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备的闭环管理流程图。
34.图9是本发明实施例的电极阵列的制备示意图。
35.图10是本发明实施例的导线的制备示意图。
36.图中：设备本体1、传感器模块2、智能芯片模块3、穴位电刺激模块4、配套电池5、智能芯片6、电极阵列7、人机交互app8、所述一号传感器9、二号传感器10、三号传感器11、四号传感器12、五号传感器13、六号传感器14、七号传感器15、八号传感器16、九号传感器17、十号传感器18、十一号传感器19、穴位20、导线21。
具体实施方式
37.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
38.实施例。
39.参见图1至图10所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
40.本实施例中的帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备，包括设备本体1，设备本体1采用仿生复合柔性材料制作成弹性衣裤形式，设备本体1上设置有传感器
模块2、智能芯片模块3和穴位电刺激模块4，传感器模块2与智能芯片模块3通过无线连接，智能芯片模块3与穴位电刺激模块4采用有线连接，智能芯片模块3与人机交互app8通过无线连接，智能芯片模块3包括配套电池5和智能芯片6，穴位电刺激模块4包括电极阵列7和导线21，智能芯片6与配套电池5、传感器模块2、电极阵列7和人机交互app8连接，智能芯片6位于腰部，且以腰包形式存在，人机交互app8与外置按钮通过无线连接。
41.本实施例中的传感器模块2包括一号传感器9、二号传感器10、三号传感器11、四号传感器12、五号传感器13、六号传感器14、七号传感器15、八号传感器16、九号传感器17、十号传感器18和十一号传感器19，一号传感器9、二号传感器10、三号传感器11、四号传感器12、五号传感器13、六号传感器14、七号传感器15、八号传感器16、九号传感器17、十号传感器18和十一号传感器19均设置在设备本体1上，且均与智能芯片6连接。
42.本实施例中的一号传感器9和二号传感器10分别设置在设备本体1的左、右肘关节，三号传感器11和四号传感器12分别设置在设备本体1的左、右腕关节，五号传感器13和六号传感器14分别设置在设备本体1的左、右拇指远端，七号传感器15和八号传感器16分别设置在设备本体1的左、右食指远端，九号传感器17和十号传感器18分别设置在设备本体1的左、右踝关节，十一号传感器19设置在设备本体1的腰间。
43.本实施例中的传感器模块2中的传感器均为小型、长时程、高稳定性的传感器，采用zigbee方式无线传输，共11个，左右对称分布，分别为腰间1个、双肘关节2个、双腕关节2个、双拇指远端2个、双食指远端2个、双踝关节2个。
44.本实施例中的智能芯片6采用zigbee方式无线传输，支持低功耗、长时程工作，用于接收传感器模块2反馈的数据，进行传感器数据融合，智能分析评估运动相关数据，判断中医辩证分型，并将信息同步传输至人机交互app8显示。
45.本实施例中的电极阵列7采用碳纤维上径向排列的多孔碳纳米管阵列电极材料，导线21采用基于生物仿生丝的超韧电子肌腱材料。
46.本实施例中的电极阵列7为柔性电极阵列，电极阵列7的制备方法如下：
①
氧化锌纳米棒阵列的合成：将znno
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6h2o和hmta与氨气一起溶解在去离子水中，在恒磁条件下持续搅拌30分钟，然后将获得的均匀溶液转移到高压釜内衬中，碳布垂直浸入反应溶液中，并在90℃下保持密封16小时，反应结束后，将涂有浅蓝色产物的碳布用去离子水和乙醇洗涤数次，得到所需的znonras；
②
多孔碳纳米管阵列的合成：在高温管式炉内进行znonrs表面碳质层的催化沉积和碳壳内znonrs的去除，将乙醇通过n2载体在400℃下引入4小时，然后利用气相还原的手段经过2小时在800℃下用h2/ar5vol%h2去除zno内核，最终产物缓慢冷却至室温，获得pcnta@cfs，即多孔碳纳米管阵列电极材料。
47.本实施例中的导线21为柔性仿生导线，导线21的备过程如下：
①
生物仿生丝表面改性：第一步，使用纯度为99.9%的乙醇将收集的仿生丝洗涤三次并在恒温80℃环境下干燥12小时，之后在纯氧环境下使用等离子体对仿生丝进行亲水性处理10分钟，仿生丝表面形成羟基亲水基团；第二步，将改性后的仿生丝浸泡在含有硝酸银的乙醇溶液中5分钟，使得亲水性基团-oh变为-oag，而-oag将作为产生纳米岛状结构的种子；
第三步，通过滴流法将含-oag仿生丝浸于含有醌二甲烷tcnq的乙醇溶液中，然后在100℃下退火5分钟，最终在表面形成一层纳米岛状结构，
②
导电仿生丝复合材料制备：采用滴流法在改性仿生丝表面涂覆含有单壁碳纳米管swcnt的pedot：pss溶液，滴流速率为每5秒1滴，在80℃下退火5分钟，最终仿生丝直径由3～4μm变为6～7μm并在仿生丝表面形成导电褶皱结构。
48.本实施例中的智能芯片6包含多种针灸治疗处方库，具有处方赋能的作用，由基础穴和配穴组成，智能芯片6可以通过智能算法控制各个穴位20的导线21与对应电极阵列7的模块的打开和关闭，控制硬件主要包括按键单元、多导联体表电极、微处理器、gpio 拓展板、外置按钮以及人机交互app8，微处理器采用自制高性能处理器，具备较强的运行计算能力，完成人工智能相关算法的运行；人机交互app8可显示相关的治疗信息以及“得气”相关的生理信息；外置按钮通过无线方式连接微处理器，设定电刺激信号的频率、电流强度以及施加时间，控制电流的大小，使患者治疗更舒适；单个多导联体表电极包含多电极阵列7，作用于同一个穴位20，独立控制单个电极阵列7；gpio 拓展板将微处理器与多个多导联体表电极相连，根据处方中的穴位20电刺激组合通过改变拓展板引脚的电平值实现单个多导联体表电极在同一穴位20处的不同电流大小、不同频率的刺激。
49.本实施例中的人机交互app8通过无线方式与智能芯片6连接，用于采集患者基本信息，如性别、年龄、身高、体重、发病时间、起病部位、自动计算led值、《非运动症状评价量表nmss》、《简易智力状态检查量表mmse》、《帕金森病中医证候要素量表pd-pes-13》等，患者填写《中医证候量表》以及帕金森病情相关的评估问卷，采集舌象信息，智能芯片6根据患者填写的内容，自动判断中医证候分型，并结合运动相关数据，分析从处方库中输出对应的处方，包括具体的穴位20、以“得气”为标准的电刺激强度和电刺激的时长，所有处方的电流刺激均不直接经过心脏，同时根据pd患者电刺激之后的参数变化分析学习，优化处方输出，人机交互app8将提醒患者佩戴设备开始监测、完成规范动作、按规定疗程治疗，并在疗程结束后，再次评估患者病情变化及最新的辨证分型，重新智能化制定新的治疗方案。
50.本实施例中的设备本体1覆盖区域包括头顶部、躯干、四肢，不包括腕关节和踝关节以下部位，依据骨度分寸取穴方法，达到穴位20的精准化定位；设备本体1采用了仿生柔性材料制作，舒适、有弹性、可拉伸并具备一定的透气性，设备犹如弹性内衣，依据骨度分寸取穴方法，达到精准取穴。
51.该帕金森病可穿戴ai穴位电刺激治疗和运动监测一体设备采用弹性定位取穴，根据中医骨度分寸原则，用同身寸实现弹性定位，即以人体骨性标志作为可穿戴衣的标志性参考位点进行标定：包括头部、腕部、肘部、肩部、背部、腰部、胸部、腹部和腿部。
52.本实施例中的电极阵列7为穴位刺激芯片，在柔性的电极阵列7中布置力、电、化学传感器，测量因“得气”而产生的穴位20皮肤局部的力、电和化学信号的变化，通过收集相关数据，利用智能算法进行训练，保证“得气”可控的电针阵列接通进行电刺激，病人可通过外置按钮或人机交互app8的界面上的虚拟按钮自行调节至“得气”，根据ai处方库输出对应的治疗处方，智能控制各个穴位点上电信号的频率以及电流强度的刺激。
53.本实施例中的人机交互app8用于采集患者信息，在规定时间提醒患者佩戴设备开始监测、完成规范动作、治疗，并将设备监测的结果实时显示成便于患者理解的数据结果，同时界面上的虚拟按钮涵盖了外置按钮的所有功能，外置按钮通过无线与可穿戴设备关
联，患者可以通过按钮进行设备的开关操作、自行调节刺激强度以达到“得气”状态。
54.本实施例中的传感器模块2将采集的运动监测病史数据传入智能芯片6进行分析得到诊断，并根据诊断结果输出治疗方案，将方案输出至电极阵列7进行治疗，在治疗后传感器模块2再一次采集运动监测病史数据传入智能芯片6，评估患者病情变化，判定治疗是否有效，若有效则维持当前治疗方案，若无效则调整治疗方案，形成闭环式管理。
55.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。