一种癫痫报警装置及癫痫检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种癫痫报警装置及癫痫检测方法，包括手环，手环中安装有三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器，包括处理器，处理器包括微处理芯片、存储器、无线通信模块，微处理器通过无线通信模块与三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器无线连接，存储器中固化有癫痫分析软件。本发明专利技术利用手腕处的三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器感器采集使用者的手部运动数据，使用无监督的概率密度估计函数，或利用机器学习算法，对异常动作如癫痫发作、跌倒等进行报警。

【技术实现步骤摘要】
一种癫痫报警装置及癫痫检测方法
本专利技术涉及医疗设备领域，尤其涉及一种癫痫报警装置及癫痫检测方法。
技术介绍
癫痫是一种严重威胁人类生命安全的神经疾病，患者发病时肢体运动不受控制，受到环境损伤的风险骤然提高，严重时甚至会导致猝死。由于癫痫发病历时较短，监护尤其夜间监护困难。监护癫痫患者的人力成本过高，并且在临床诊断工作中，医师很难目睹就诊的每位患者发作时的状况，只能依据患者或其家属口述了解病情，对病情的判断可能产生偏差。癫痫的诊断研究工作已经有几十年的历程，但效果并不显著，其关键就是大多数癫痫患者确诊时已经错过了早期或潜伏期。潜伏期越长引起的并发症越多，治疗就会变得越发困难。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种癫痫报警装置及癫痫检测方法，能够及时发现癫痫发作，并对癫痫发作作出预警、报警，为及时救治提供帮助。为达到上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：本专利技术公开一种癫痫报警装置，包括手环，手环为具有调节大小的功能，手环中安装有三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器，还包括处理器，处理器包括微处理芯片、存储器、无线通信模块，微处理器通过无线通信模块与三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器无线连接，存储器中固化有癫痫分析软件。优选的，处理器还包括指示灯、语音模块、触摸屏，指示灯、语音模块、触摸屏均连接微处理芯片。优选的，无线通信模块包括蓝牙模块。本专利技术还公开了上述报警装置的癫痫检测方法，包括以下步骤：S100、读取三轴加速度传感器的x、y、z轴的加速度值ax(n)、ay(n)、az(n)，读取三轴陀螺仪传感器的x、y、z轴的角速度值gx(n)、gy(n)、gz(n)，使用姿态融合算法计算得到四元数q0(n)、q1(n)、q2(n)、q3(n)；S200、计算得到x、y、z轴的重力分量vx(n)、vy(n)、vz(n)，计算得到真实的合加速度，计算公式如下：rx(n)＝ax(n)-vx(n)*9.8(1)ry(n)＝ay(n)-vy(n)*9.8(2)rz(n)＝az(n)-vz(n)*9.8(3)其中rx(n)为x轴方向的真实加速度，ry(n)为y轴方向的真实加速度，rz(n)为z轴方向的真实加速度，r(n)为真实的合加速度；S300、分割运动片段，使用长度为L的滑动窗，以L/2为步长进行滑动，对每个窗口内的合加速度计算方差值，当标准差大于阈值A时，判断为活动开始，当连续T时间内的滑动窗内标准差都小于阈值A时，判断为活动结束，从活动开始到活动结束构成一个活动事件；S400、提取活动事件的特征数据，特征数据包括发作数据、非发作数据；S500、带有高斯核的概率密度估计函数对非发作数据建模，确定阈值τ，在阈值范围外的样本点则视为异常数据，触发报警，高斯核函数为：其中为正常活动的样本数据，d为样本数据的维度，为一个正定对称矩阵，其对角元素可以看作是不同维上的平滑参数，而非对角元素则是在两个不同维特征方向上的平滑，可以用来调整特征之间的相关性。如果H中的值太大，函数估计就会被过度平滑，从而无法检测到数据局部的细微变化。另一方面，对H中的值选择的太小，就会导致过度拟合，从而在估计时对数据变化太敏感，引起函数变化过大。代价函数为：cost(β)＝-[2×sensitivity(β)+PPV(β)](6)β为使代价最小的常量，其中sensitivity(β)为灵敏度，用来描述识别出的所有正例占所有正例的比例，计算公式为：sensitivity＝TP/(TP+FN)，PPV用来描述识别出的所有正例占所有识别为正例的正负例的比例，计算公式为：PPV＝TP/(TP+FP)，其中，TP为正确识别出的正例，TN为正确识别出的负例，FP为误判为正例的负例，FN为误判为负例的正例。在判断癫痫发作时，在正常活动时误报警的代价比没能识别出癫痫发作的代价要小，故灵敏度的权重可以比PPV适当取大一些。优选的，步骤S200中，对ax(n)、ay(n)、az(n)、gx(n)、gy(n)、gz(n)、vx(n)、vy(n)、vz(n)、rx(n)、ry(n)、rz(n)、r(n)进行滤波平滑。优选的，滤波平滑的方法包括滑动平均滤波、中值滤波、高斯滤波、低通滤波。优选的，步骤S300中，当前活动事件结束后，判断当前事件的开始与上一事件的结束是否间隔小于一段时间P，若是，则将当前事件与上一事件合并为同一事件。优选的，步骤S400中的特征数据包括：实际加速度rx(n)，ry(n)，rz(n)，r(n)；角速度gx(n)，gy(n)，gz(n)；四元数q0(n)，q1(n)，q2(n)，q3(n)。优选的，步骤S400中的特征数据还包括时域数据、频域数据、小波域数据。优选的，步骤S500中，根据95％的固定概率来确定阈值，计算每个样本点的概率，根据每个样本点的概率计算直方图及其累积分布函数，根据直方图及其累积分布函数，确定与95％边界相关的阈值τ。本专利技术的有益效果：1、本专利技术能够及时发现癫痫发作，为救治提供帮助。2、本专利技术通过腕部的移动数据，结合数据处理对癫痫进行判断，可靠性强，准确性高。3、本专利技术可以记录患者的发病历史，对医生诊断、治疗提供准确的发病数据。附图说明图1为本专利技术的算法流程图；图2为本专利技术的模型训练流程图；图3为本专利技术的原理框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。如图3所示，本专利技术公开一种癫痫报警装置，包括手环，手环为具有调节大小的功能，手环中安装有三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器，还包括处理器，处理器包括微处理芯片、存储器、无线通信模块，微处理器通过无线通信模块与三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器无线连接，存储器中固化有癫痫分析软件，处理器还包括指示灯、语音模块、触摸屏，指示灯、语音模块、触摸屏均连接微处理芯片，无线通信模块包括蓝牙模块。如图1所示，本专利技术还公开了上述报警装置的癫痫检测方法，包括：1、数据采集本算法采用的采集设备为可穿戴式手环，采样频率为100Hz，将手环贴合在手腕处，并在采集过程中保持相对位置不变，即手环贴紧手腕不晃动。在后续的描述中，以拇指方向为x轴正轴，其余四指指尖方向为y轴正轴，垂直于手背向上为z轴正轴。2、数据预处理使用手环采集数据，读取加速度传感器x、y、z轴的加速度值ax(n)、ay(n)、az(n)，以及陀螺仪传感器x、y、z轴的角速度值gx(n)、gy(n)、gz(n)，通过传感器芯片内置的姿态融合算法，可以计算得到四元数q0(n)、q1(n)、q2(n)、q3(n)。传感器直接输出的加速度值是包含重力分量的，为了得到x，y，z三个轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种癫痫报警装置，其特征在于：包括手环，手环为具有调节大小的功能，/n手环中安装有三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器，/n还包括处理器，处理器包括微处理芯片、存储器、无线通信模块，微处理器通过无线通信模块与三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器无线连接，存储器中固化有癫痫分析软件。/n

【技术特征摘要】
1.一种癫痫报警装置，其特征在于：包括手环，手环为具有调节大小的功能，
手环中安装有三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器，
还包括处理器，处理器包括微处理芯片、存储器、无线通信模块，微处理器通过无线通信模块与三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器无线连接，存储器中固化有癫痫分析软件。


2.根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于：处理器还包括指示灯、语音模块、触摸屏，指示灯、语音模块、触摸屏均连接微处理芯片。


3.根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于：无线通信模块包括蓝牙模块。


4.一种使用如权利要求1、2或3所述报警装置的癫痫检测方法，其特征在于包括以下步骤：
S100、读取三轴加速度传感器的x、y、z轴的加速度值ax(n)、ay(n)、az(n)，读取三轴陀螺仪传感器的x、y、z轴的角速度值gx(n)、gy(n)、gz(n)，使用姿态融合算法计算得到四元数q0(n)、q1(n)、q2(n)、q3(n)；
S200、计算得到x、y、z轴的重力分量vx(n)、vy(n)、vz(n)，计算得到真实的合加速度，计算公式如下：
rx(n)＝ax(n)-vx(n)*9.8(1)
ry(n)＝ay(n)-vy(n)*9.8(2)
rz(n)＝az(n)-vz(n)*9.8(3)



其中rx(n)为x轴方向的真实加速度，ry(n)为y轴方向的真实加速度，rz(n)为z轴方向的真实加速度，r(n)为真实的合加速度；
S300、分割运动片段，使用长度为L的滑动窗，以L/2为步长进行滑动，对每个窗口内的合加速度计算方差值，
当标准差大于阈值A时，判断为活动开始，
当连续T时间内的滑动窗内标准差都小于阈值A时，判断为活动结束，
从活动开始到活动结束构成一个活动事件；
S400、提取活动事件的特征数据，特征数据包括发作数据、非发作数据；
S500、带有高斯核的概率密度估计函数对非发作数据建模，确定阈值τ，在阈值范围外的样本点则视为异常数据，触发报警，x处的高斯核函数为：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈蕾，王云峰，商春恒，董春娇，廖曦文，
申请(专利权)人：四川大学华西医院，中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51