CN111887866B - 坐垫式实时多动症监测***及方法 - Google Patents

坐垫式实时多动症监测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种坐垫式实时多动症监测***及方法，包括坐垫、前端监测设备、服务器和显示终端；前端监测设备安装在坐垫上，用于检测压力值，前端监测设备与服务器连接；服务器根据采集的压力值进行数据分析，服务器与显示终端连接；显示终端设置有图形化显示界面，可选择任意监测设备的监测数据进行实时显示或回放显示，并设置有颜色与压力值对应链表，将压力值大小用不同颜色进行直观显示；本发明结构简单，使用方便，提出AFF作为监测多动的指标，刻画受试者不同周期的多动情况，在不影响用户的日常生活的情况下，即可实时检测用户的肢体动作以及通过肢体动作信号评估用户肢体周期性动作大小的功能，实现实时监测受测者多动情况的功能。

Description

坐垫式实时多动症监测***及方法
技术领域
本发明涉及儿童行为监测领域，尤其涉及一种坐垫式实时多动症监测***及方法。
背景技术
校园教学情境下，儿童青少年的多动情况常影响儿童青少年的学***不相称的活动过度和冲动，并伴有学习困难、品行障碍和适应不良。目前对于多动症状的监测和评估，多使用观察法。即通过现场观察或者录像观察，由临床医生或者专业人员通过经验评估受测者的多动情况。显然，这种方法比较主观，应用性不强，不能对多动情况进行可量化的精准测量。此外，科学研究发现ADHD儿童的注意力分散和多动可能是具有周期性的，因此对于多动的监测在数据分析终端应该考虑采用周期性的分析方法。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种儿童多动症患者行为监测及提醒矫治***”，其公告号：CN106419926A，其申请日：2016年08月22日，包括一个或多个前端便携式监测设备，监护端，医师端和云端数据库；所述前端便携式监测设备设置在患儿的四肢或躯干上，用于实时监测患儿的行为状态并进行记录存储，同时用于当监测到患儿行为幅度大于某预设阈值时，对患儿进提醒；所述监护端通过无线或有线通信方式与前端便携式监测设备连接，用于下载前端便携式监测设备中存储的患儿的行为状态数据、设置前端便携式监测设备工作状态与静默状态的工作时段以及设置前端便携式监测设备提醒阈值；所述监护端通过Internet与云端数据库连接，实时上传从前端便携式监测设备下载的患儿的行为状态数据；所述医师端通过Internet与云端数据库连接，用于随时查阅患儿不同阶段的行为状态数据，进行综合分析诊断；医师端还通过Internet与监护端连接，追踪患儿对治疗的反应。该申请的前端便携式监测设备设置在患儿的四肢或躯干上无法判断儿童的运动是否为多动症，不能对多动情况进行可量化的精准测量，无法实现儿童多动症患者的行为监测。
发明内容
本发明主要解决现有的技术中对儿童多动症的监测应用性低以及准确性低的问题；提供一种坐垫式实时多动症监测***及方法，结构简单，使用方便，在不影响用户的日常生活的情况下监测用户不同周期的多动情况。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种坐垫式实时多动症监测***，包括坐垫、前端监测设备、服务器和显示终端；所述前端监测设备安装在坐垫上，用于检测压力值，所述前端监测设备与服务器连接；所述服务器根据采集的压力值进行数据分析，所述服务器与显示终端连接；所述显示终端设置有图形化显示界面，可选择任意监测设备的监测数据进行实时显示或回放显示，并设置有颜色与压力值对应链表，将压力值大小用不同颜色进行直观显示。当设置为一个前端监测设备时，将前端监测设备与服务器直接连接，当设置多个前端监测设备时，可多设置一个网关设备，多个前端监测设备将数据传递到网关设备，网关设备将数据集中后在将数据发送给服务器，通过前端监测设备将受测者的坐压模拟信号转换为数字信号，并传递给服务器，通过服务器进行数据分析，多受测者的多动情况进行周期性分析，并通过显示终端进行直观显示，通过直观显示的受测者在坐垫上不同位置的周期性的压力变化，临床医师通过观察显示终端显示的直观图，可轻易判断受测者是否具有多动症，整体结构简单，前端监测设备安装方便，不会影响用户的日常生活，对儿童进行检测时，可将设置有前端设备的坐垫安装在儿童上课用的椅子上或儿童吃饭用的椅子上，对于儿童的多动症测试非常方便，且不会对儿童造成任何影响，不需要封闭环境或在儿童身体上安装设备，保证在自然生活的情况对儿童进行多动症测试，使得测试结果更加准确，可信度更高。
作为优选，所述的前端监测设备包括压力传感单元、矩阵开关阵列、中央处理器、存储单元、数据传输单元、人机交互单元、供电电池和电池管理单元；所述压力传感单元安装在坐垫上，所述压力传感单元用于检测压力值，所述压力传感单元与矩阵开关阵列连接；所述矩阵开关阵列由多路模拟开关组成，所述模拟开关的第一端与压力传感单元连接，所述模拟开关的第二端以及控制端均与中央处理器连接；所述中央处理器由一个或多个微处理器组成，用于控制矩阵开关阵列的通断以及读取压力传感单元检测的压力值，所述中央处理器通过数据传输单元与服务器连接；所述存储单元与中央处理器连接；所述数据传输单元与中央处理器连接；所述人机交互单元与中央处理器连接；所述供电电池为中央处理器和压力传感单元供电，所述供电电池与电池管理单元连接；所述电池管理单元与中央处理器连接。
作为优选，所述的压力传感单元包括1024个薄膜压力传感器，1024个所述薄膜压力传感器形成32×32的传感器矩阵。设置1024个薄膜压力传感器组成32×32的传感器矩阵，使得传感器能覆盖坐垫的每个角落，当受测者坐在坐垫上时，由于坐姿的改变，会导致不同部位的薄膜压力传感器的压力产生变化，使得测试的结果更加准确。
作为优选，所述的数据传输单元包括有线传输单元和无线传输单元，所述有线传输单元包括USB传输，所述无线传输单元包括WIFI传输或蓝牙传输。通过无线传输将压力数字信号传递给服务器，使得传感器的安装更加方便，不需要进行连线，同时有效降低成本。
作为优选，所述的人机交互单元包括若干个按键和若干个指示灯，若干个所述指示灯包括设备供电指示灯、设备运行状态指示灯、网络连接状态指示灯以及数据收发状态指示灯。设置提示灯，提示设备开始进入工作状态以及设备工作状态的稳定性，在设备出现故障时，能更好的找到设备出现故障的位置，方便设备维护。
一种坐垫式实时多动症监测方法，包括以下步骤：
步骤S1：32×32的传感器矩阵排列成400×400mm大小，并安装在坐垫内，设置每个传感器的灵敏度；
步骤S2：服务器接收每个传感器检测的压力值并进行数据分析，分析结果通过显示终端进行图形化直观显示；
步骤S3：根据显示终端显示的图形进行多动症判断。
作为优选，所述的步骤S2中，服务器数据分析的方法包括：
步骤S21：获取传感器矩阵采集的1024个压力值，将每个压力值形成一个时域信号；
步骤S22：对每个压力点时域信号计算标准差；
步骤S23：对所有压力点的标准差按从小到大的顺序进行排序，将排位在前30％的压力点作为目标压力点；
步骤S24：对每个目标压力点的时域信号进行傅里叶变换，以获取频域的压力振幅分布；
步骤S25：以2赫兹为间隔划分频带。在每个频带上，计算各目标压力点所有频点的平均功率谱密度作为频率振幅指标(AFF,amplitude of frequency dependentfluctuation)；
步骤S26：将每一个目标压力点各频带上的AFF值通过图形化方式显示。
作为优选，所述的步骤S22中标准差的计算方法为：
Figure BDA0002534882250000031
其中，Xi代表采集的压力值，N表示传感器数量，μ为算术平均值。
作为优选，所述的步骤S25中，频率振幅指标的计算方法为：
Figure BDA0002534882250000032
其中，ω表示频率，T表示时间，FT为傅里叶变化函数，n表示当前频带频点数量。
本发明的有益效果是：(1)本发明提供的多动症监测***，是一种检测人肢体动作的设备，该设备结构简单，使用方便，通过设置在设备内的矩阵薄膜压力传感部件，可以在使用者保持坐姿的前提下，采集使用者的肢体动作信号，并通过矩阵薄膜压力传感部件采集的肢体动作信号并对肢体动作信号进行处理；(2)提出AFF作为监测多动的指标，刻画受试者不同周期的多动情况，能够为多动的监测提供更全面详细的信息，因此，本发明在不影响用户的日常生活的情况下，即可实时检测用户的肢体动作以及通过肢体动作信号评估用户肢体周期性动作大小的功能，实现实时监测受测者多动情况的功能。
附图说明
图1是实施例一的多动症监测***的结构框图。
图2是实施例一的前端监测设备的结构框图。
图3是实施例一的数据分析方法的流程示意图。
图中1.前端监测设备，2.服务器，3.显示终端，4.压力传感单元，5.矩阵开关阵列，6.中央处理器，7.存储单元，8.数据传输单元，9.人机交互单元，10.电池管理单元。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：一种坐垫式实时多动症监测***，如图1所示，包括坐垫、前端监测设备1、服务器2和显示终端3；前端监测设备1安装在坐垫上，用于检测压力值，前端监测设备1与服务器2连接；服务器2根据采集的压力值进行数据分析，服务器2与显示终端3连接；显示终端3设置有图形化显示界面，可选择任意监测设备的监测数据进行实时显示或回放显示，并设置有颜色与压力值对应链表，将压力值大小用不同颜色进行直观显示。
如图2所示，前端监测设备1包括压力传感单元4、矩阵开关阵列5、中央处理器6、存储单元7、数据传输单元8、人机交互单元9、供电电池和电池管理单元10；压力传感单元4安装在坐垫上，压力传感单元4用于检测压力值，压力传感单元4与矩阵开关阵列5连接；矩阵开关阵列5由多路模拟开关组成，模拟开关的第一端与压力传感单元4连接，模拟开关的第二端以及控制端均与中央处理器6连接；中央处理器6由一个或多个微处理器组成，用于控制矩阵开关阵列5的通断以及读取压力传感单元4检测的压力值，中央处理器6通过数据传输单元8与服务器2连接；存储单元7与中央处理器6连接；数据传输单元8与中央处理器6连接；人机交互单元9与中央处理器6连接；供电电池为中央处理器6和压力传感单元4供电，供电电池与电池管理单元10连接；电池管理单元10与中央处理器6连接，压力传感单元4包括1024个薄膜压力传感器，1024个薄膜压力传感器形成32×32的传感器矩阵，数据传输单元8包括有线传输单元和无线传输单元，有线传输单元包括USB传输，无线传输单元包括WIFI传输或蓝牙传输。
人机交互单元9包括若干个按键和若干个指示灯，若干个指示灯包括设备供电指示灯、设备运行状态指示灯、网络连接状态指示灯以及数据收发状态指示灯。
一种坐垫式实时多动症监测方法，包括以下步骤：
步骤S1：32×32的传感器矩阵排列成400×400mm大小，并安装在坐垫内，设置每个传感器的灵敏度。
步骤S2：服务器2接收每个传感器检测的压力值并进行数据分析，分析结果通过显示终端3进行图形化直观显示；如图3所示，数据分析的方法包括以下步骤：
步骤S21：获取传感器矩阵采集的1024个压力值，将每个压力值形成一个时域信号。
步骤S22：对每个压力点时域信号计算标准差；标准差的计算方法为：
Figure BDA0002534882250000051
其中，Xi代表采集的压力值，N表示传感器数量，μ为算术平均值。
步骤S23：对所有压力点的标准差按从小到大的顺序进行排序，将排位在前30％的压力点作为目标压力点。
步骤S24：对每个目标压力点的时域信号进行傅里叶变换，以获取频域的压力振幅分布。
步骤S25：以2赫兹为间隔划分频带，在每个频带上，计算各目标压力点所有频点的平均功率谱密度作为频率振幅指标(AFF,amplitude of frequency dependentfluctuation)；频率振幅指标的计算方法为：
Figure BDA0002534882250000052
其中，ω表示频率，T表示时间，FT为傅里叶变化函数，n表示当前频带频点数量。
步骤S26：将每一个目标压力点各频带上的AFF值通过图形化方式显示。
步骤S3：根据显示终端3显示的图形进行多动症判断。
实施例二，一种坐垫式实时多动症监测***，本实施例相比于实施例一，区别在于，本实施例设置多个前端监测设备1，同时增加一个网关设备，多个前端监测设备1与网关设备连接，网关设备与服务器2连接，在显示终端3的图形化显示界面中设置多个显示区域，对不同的前端监测设备1的采集数据进行直观显示，对每个前端监测设备1进行编号，在多个前端监测设备1同时将数据传递到网关设备中时，将数据与设备的编号进行对应后传递给服务器2，服务器2将数据进行分析处理后将对应编号的数据通过显示界面进行显示。
在具体应用中，当对一个儿童进行多动症监测时，将压力传感单元4安装在儿童上课或家里的坐垫上，坐垫具有一定的柔软度，儿童坐在上面是会产生形变，将压力传感单元4检测的压力值转换成数字信号并通过数据传输单元8与服务器2直接连接，通过数据分析方法将压力值进行直观显示，在实时监测过程中的某段时间内，坐在坐垫上的儿童产生扭动，压力值随之变化，显示终端3的图形化显示界面上直观显示的图像进行变化，根据科学研究结果，ADHD儿童的注意力分散和多动是具有周期性的，医生通过观察显示终端3的图像变化周期性，即可准确的判断儿童是否具有多动症，通过周期T的大小，对于多动症的严重程度也可以进行进一步的判断；当对多个儿童进行多动症监测时，需设置多个前端监测设备1，分别进行安装，对每个监测设备进行编号，将监测设备检测的数据通过网关进行集中后再将集中数据传递给服务器2，加快数据处理的时间，增加数据处理以及监测的时效性。
本发明提供的多动症监测***，是一种检测人肢体动作的设备，该设备结构简单，使用方便，通过设置在设备内的矩阵薄膜压力传感部件，可以在使用者保持坐姿的前提下，采集使用者的肢体动作信号，并通过矩阵薄膜压力传感部件采集的肢体动作信号并对肢体动作信号进行处理；提出AFF作为监测多动的指标，刻画受试者不同周期的多动情况，能够为多动的监测提供更全面详细的信息，因此，本发明在不影响用户的日常生活的情况下，即可实时检测用户的肢体动作以及通过肢体动作信号评估用户肢体周期性动作大小的功能，实现实时监测受测者多动情况的功能。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.坐垫式实时多动症监测***，包括坐垫，其特征在于，还包括
前端监测设备、服务器和显示终端；
所述前端监测设备安装在坐垫上，用于检测压力值，所述前端监测设备与服务器连接；
所述服务器根据采集的压力值进行数据分析，所述服务器与显示终端连接；
所述显示终端设置有图形化显示界面，可选择任意监测设备的监测数据进行实时显示或回放显示，并设置有颜色与压力值对应链表，将压力值大小用不同颜色进行直观显示；
服务器数据分析的方法包括：
步骤S21：获取传感器矩阵采集的1024个压力值，将每个压力值形成一个时域信号；
步骤S22：对每个压力点时域信号计算标准差；
步骤S23：对所有压力点的标准差按从小到大的顺序进行排序，将排位在前30％的压力点作为目标压力点；
步骤S24：对每个目标压力点的时域信号进行傅里叶变换，以获取频域的压力振幅分布；
步骤S25：以2赫兹为间隔划分频带， 在每个频带上，计算各目标压力点所有频点的平均功率谱密度作为频率振幅指标(AFF,amplitude of frequency dependentfluctuation)；
步骤S26：将每一个目标压力点各频带上的AFF值通过图形化方式显示；
步骤S22中标准差的计算方法为：
Figure FDA0003756631680000011
其中，Xi代表采集的压力值，N表示传感器数量，μ为算术平均值；
所述步骤S25中，频率振幅指标的计算方法为：
Figure FDA0003756631680000012
其中，ω表示频率，T表示时间，FT为傅里叶变化函数，n表示当前频带频点数量；
步骤S3：根据显示终端显示的图形进行多动症判断。
2.根据权利要求1所述的坐垫式实时多动症监测***，其特征在于，
所述前端监测设备包括压力传感单元、矩阵开关阵列、中央处理器、存储单元、数据传输单元、人机交互单元、供电电池和电池管理单元；
所述压力传感单元安装在坐垫上，所述压力传感单元用于检测压力值，所述压力传感单元与矩阵开关阵列连接；
所述矩阵开关阵列由多路模拟开关组成，所述模拟开关的第一端与压力传感单元连接，所述模拟开关的第二端以及控制端均与中央处理器连接；
所述中央处理器由一个或多个微处理器组成，用于控制矩阵开关阵列的通断以及读取压力传感单元检测的压力值，所述中央处理器通过数据传输单元与服务器连接；
所述存储单元与中央处理器连接；
所述数据传输单元与中央处理器连接；
所述人机交互单元与中央处理器连接；
所述供电电池为中央处理器和压力传感单元供电，所述供电电池与电池管理单元连接；
所述电池管理单元与中央处理器连接。
3.根据权利要求2所述的坐垫式实时多动症监测***，其特征在于，
所述压力传感单元包括1024个薄膜压力传感器，1024个所述薄膜压力传感器形成32×32的传感器矩阵。
4.根据权利要求2或3所述的坐垫式实时多动症监测***，其特征在于，
所述数据传输单元包括有线传输单元和无线传输单元，所述有线传输单元包括USB传输，所述无线传输单元包括WIFI传输或蓝牙传输。
5.根据权利要求2或3所述的坐垫式实时多动症监测***，其特征在于，
所述人机交互单元包括若干个按键和若干个指示灯，若干个所述指示灯包括设备供电指示灯、设备运行状态指示灯、网络连接状态指示灯以及数据收发状态指示灯。
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