本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种辅助运动迟缓与震颤的定量检测，软件和硬件相结合的，整体定量辅助检测方法及装置方案。
背景技术：
运动迟缓与震颤的诊断和被试者用药效果追踪主要依靠医生多年临床经验积累的主观判断，专业医师培养主要依靠面对面教授和病例的不断积累。由于缺乏客观、可量化的诊断方法，运动迟缓与震颤的早期诊断困难，而即便是出现明显症状，缺乏经验的医师也容易与其他拥有类似症状的疾病混淆，造成误诊。
目前最有帮助的辅助检查方法为dat：通过受体配体结合使多巴胺受体显影，后通过核磁共振方法检测出结果；缺点：价格昂贵，最明显的缺陷是侵入式及放射性，不利于广泛推广。updrs量表：英国权威脑库的测试，通过回答一系列的设计问题评价被试者的得分，结果较为准确，可以作为医师的有效参考，成本低，缺点：测试时间长，需要专业的医护人员进行准确的记录和打分，对早期运动迟缓与震颤不敏感，不便于大规模推广和复制。
目前国内的研究集中于前驱期的诊断，大多为血液的、脑积液的biomarker方向、医学影像方向、基因方向，研究方向大多停留于学术研究，需要对被试者进行侵入性测试，或者测试过程和验证十分麻烦，可复制性和转化性很差。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种运动迟缓与震颤辅助检测装置及方法，通过被试者书写数据定量地提示运动迟缓与震颤(尤其是早期运动迟缓与震颤)的可能性、程度以及定量的分析跟踪用药效果。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何采用分析书写数据的方式定量地检测被试者的运动迟缓与震颤可能性、程度或用药效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种运动迟缓与震颤定量检测装置，包括书写输入模块、数据采集模块、数据分析模块，其中，所述书写输入模块连接所述数据采集模块，所述数据采集模块连接所述数据分析模块，所述数据采集模块实时通过书写输入模块采集被试者的书写数据；通过所述数据采集模块提供的数据，所述数据分析模块被配置为定量分析运动迟缓与震颤的倾向性或严重程度。
进一步地，所述书写输入模块包括电子书写输入设备，轨迹数据读取速率大于等于200点/秒。
进一步地，所述数据采集模块采集的书写数据获取包括书写的运动时间、中位运动速度、加速度最大值、震颤频率和振幅，书写时笔的位置以及笔离所述书写输入模块在感应距离内的动作轨迹。
进一步地，所述感应距离范围为0～1厘米。
进一步地，所述数据采集模块还包括书写临摹及定腕关节旋转画线模板单元，所述手书临摹模板单元包括阿基米德螺旋模板，米字模板和定腕关键旋转画线模板。
进一步地，所述数据采集模块还包括病情信息模块，所述临床资料包括姓名、性别、种族、年龄、联系方式、职业、体重、身高、受教育程度、家族史、共病、pd病程，近一年/一月内跌倒次数和左旋多巴等效剂量。
进一步地，所述数据分析模块被配置为计算任意时刻被试者书写数据坐标与标准坐标的欧几里得距离，并把时间与欧几里得距离的对应关系通过短时傅里叶变换转成频域，通过频域分析得到周期图，最后得到震颤频率和震颤振幅。
进一步地，所述数据分析模块被配置为比较被试者和健康人群的震颤频率和震颤振幅差异，并得出检测结论。
进一步地，所述数据分析模块被配置为从书写轨迹的数据中提取线性参数评估运动迟缓的程度。
进一步地，所述线性参数包括完成任务时间、运动速度和运动加速度最大值；其中，所述运动速度取值中位数。
进一步地，所述数据分析模块被配置为通过测量方差分析出被试者与正常人数值在所述线性参数的特征量中表现的差异性，并得出检测结论。
本发明还提供了一种运动迟缓与震颤定量检测方法，包括以下步骤：
步骤1、被试者通过书写输入模块书写，数据采集模块实时采集被试者的书写数据；
步骤2、被试者选择临摹、画线模板单元内的临摹、画线模板进行临摹；
步骤3、针对被试者每个临摹、画线模板临摹、画线时，数据采集模块记录下来笔迹的轨迹，平均速度、最大速度、最小速度、时间、峰值加速度笔迹动力学数值；
步骤4、分析评价上肢书写笔迹在运动时间、平均速度、峰值加速度的在被试者和正常人数值之间的差异，包含不同病程、运动症状的严重程度的书写状态等差异，来客观判断被试者是否存在明显倾向及其所处的病程以及运动症状的严重程度。
进一步地，所述临摹的顺序依次为阿基米德螺旋线图样、米字图样和定腕关节旋转。
进一步地，所述阿基米德螺旋线图样的临摹步骤为从中心顺时针方向临摹螺旋。
进一步地，所述米字图样的临摹步骤为从中心向8个方向，每个方向间隔45°伸出直线，从直上方开始来回各三次，并顺时针依次往下继续。
进一步地，所述定腕关节旋转的步骤为以腕关节为圆心，握笔以最大可及的范围来回画弧线5次，在空白区域进行。
进一步地，在所述步骤4中，所述分析评价的数据还包括被试者本身数据持续对比。
进一步地，所述差异在两组间比较，采用重复测量方差分析，计数资料比较采用χ2检验，以95％作为置信区间，p＜0.05则认为差异有显著性。
本发明所述的运动迟缓与震颤辅助检测方法及装置是通过软件结合硬件电子设备来一起搭配使用来实现的。本平台方案通过深度学习、大数据方式来捕捉和分析被试者通过电子手写笔输入的精细笔数据，获取被试者手写的运动时间、中位运动速度、加速度最大值、震颤频率、震颤的振幅、手写时笔的位置(x，y)，以及笔离电子书写输入设备所书写的平面1cm内的动作轨迹，速度和加速度等动力学指标等数据，以从震颤、运动迟缓、强直等典型运动迟缓与震颤核心症状角度来提供运动迟缓与震颤(尤其是早期运动迟缓与震颤)的可量化的客观指标的辅助检测及用药效果跟踪方法的解决方案。
本检测方法测量过程简单、便捷，无需大量穿戴设备及测试辅助设备即可完成测试，并且本测试并不是针对updrs量表等标准内某项或者某几项内容进行简单的一对一的进行量化来辅助量表等的测试，本测试方法可当场独立完成对于运动迟缓与震颤状况的检测并提供测试结果及报告，并且是从动态手写的角度来从震颤、运动迟缓、强直等多个典型运动迟缓与震颤核心症状的维度来进行判断，具有准确率高、迅速、可提供量化的客观判断标准的优势。测试过程对被试者没有危害和副作用，成本低廉，操作简单便捷，便于大规模推广应用。
本发明所述的运动迟缓与震颤定量检测的软件方面：对笔数据进行的手写的运动时间、中位运动速度、加速度最大值、震颤频率、震颤的振幅等数据，以从震颤、运动迟缓、强直等典型运动迟缓与震颤核心症状角度进行分析的算法，并包含深度学习算法以及大数据算法，该软件的以上核心算法，不但可以保证通过对被试者手写笔数据的精准分析判断被试者手部运动特点是否符合运动迟缓与震颤的核心运动症状来提示被试者患运动迟缓与震颤(尤其是早期运动迟缓与震颤)的可能性及用药效果，并且随着病例的不断积累，该软件还可以通过大数据和深度学习的算法，不断自动对自身的分析模型进行优化，从而使得分析和评判结果的准确性不断优化提升。软件是对方案中的硬件所获得的被试者的手写数据进行分析的主要手段。
本发明所述的运动迟缓与震颤定量检测的硬件方面：硬件方面，电子手写输入设备——包含电子手写笔和手写笔所书写的平面的硬件设备，且电子笔数据的读取速率达到200点/秒或以上都可以结合本方案中的软件来进行使用。硬件产品是获得被试者手写数据的主要收集设备，设备形式不一，只要是可以做到以上数据收集的可以请被试者进行手写输入的任何相关电子手写输入设备均可使用。
和现有技术相比，本发明所述的运动迟缓与震颤定量检测装置准确率高，可提供迅速的、可量化的客观检测标准供医师参考；可以针对被试者用药效果的量化评价追踪；被试者测试方便、快捷、安全，无侵入性、无副作用；测量无需专业医疗人员进行操作；对早期运动迟缓与震颤敏感，对其可能性进行重点提示；成本低廉、易用、客观、数据获取容易，便于大规模广泛推广，甚至可以推广到社区，惠及广大中老年被试者，随时进行检测，利于疾病早发现、早治疗、早控制；智慧医疗检测平台方案创新，测量结果随着病例数增多，可不断提高和改善。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的阿基米德螺旋实验图样；
图2是本发明的一个较佳实施例的米字实验图样；
图3是本发明的一个较佳实施例的装置结构图。
具体实施方式
如图3所示，本发明所述的运动迟缓与震颤定量检测装置包括手写输入模块、数据采集模块、数据分析模块，其中，所述手写输入模块连接所述数据采集模块，所述数据采集模块连接所述数据分析模块，所述数据采集模块实时通过手写输入模块采集被试者的书写数据；通过所述数据采集模块提供的数据，所述数据分析模块被配置为定量分析运动迟缓与震颤的明显倾向或严重程度或用药效果。
被试者使用过程：被试者首先通过电子手写笔在硬件平面上进行一系列的事先设计好的测试内容，软件在获得这位被试者在测试过程中所书写的手写笔数据之后，软件的后台会进行运算分析，在被试者完成测试之后，提示被试者患运动迟缓与震颤的可能性。
技术手段：软硬件相结合的平台技术方案
1.资料采集
在手写参数收集之前，详细收集被试者的临床资料：姓名、性别、种族、年龄、联系方式、职业、体重、身高、受教育程度、家族史、共病、pd病程，近一年/一月内跌倒次数和左旋多巴等效剂量。
2.仪器和检测过程
本检测配套采用电子手写硬件输入设备以实时记录被试者的书写数据。手写时笔的位置(x，y)，离电子书写输入设备所书写的平面1cm内的动作轨迹，速度和加速度等动力学指标可以被与之相连接的电脑记录。
被试者在光线充足、安静房间，坐在高度可调的座椅上，放松并挺直姿势，使前胸距离键盘10cm，身体右正中线对齐电子手写硬件输入设备中线。由检测人员向被试者介绍电子手写输入设备使用方法及操作流程。被试者先写名字或一些简单字词熟悉手写设备，用自己最舒适的字体大小和写字速度(或按照指定频率)，在off期(停药后＞15小时)测试。书写时的轨迹实时显示在手写设备上或者手写设备覆盖的纸张上，被试者可以看到自己的书写轨迹，因此具有正常书写状态下自然视觉反馈。每个被试者均依照同样顺序在电子手写输入设备上完成3项任务，事先用自行设计的软件将临摹图形显示在手写设备上或者手写设备覆盖的纸张上，笔接触手写设备的书写平面测试开始，笔离开平面10s视为终止，中途无特殊原因不需停止，完成每项任务后由医生按键继续。
任务1：阿基米德曲线临摹(从中心顺时针方向临摹螺旋)，如图1所示；
任务2：米字图形临摹(由中心向8个方向来回各三次)从中心向8个方向，每个方向间隔45°伸出直线，嘱被试者从直上方开始来回各三次，并顺时针依次往下继续，如图2所示；
任务3：定腕关节旋转(测正常关节活动度下的运动速度)：以腕关节为圆心，在板上嘱被试者握笔以最大可及的范围来回画弧线5次(在空白区域进行)
3.数据处理和统计学分析
针对被试者执行每项任务时，电子手写输入设备记录下来笔迹的轨迹，平均速度、最大速度、最小速度、时间、峰值加速度等笔迹动力学数值,用软件分析数据。两组间比较采用重复测量方差分析，计数资料比较采用χ2检验，以95％作为置信区间，p＜0.05则认为差异有显著性。以分析评价上肢手写笔迹在运动时间、平均速度、峰值加速度的在被试者和正常人数值之间的差异(包含不同病程、运动症状的严重程度的手写状态等差异)，来客观判断被试者是否存在明显的运动迟缓与震颤倾向及其所处的病程以及运动症状的严重程度。
3.1运动迟缓的评估
我们从手写轨迹的数据中提取三个线性参数评估运动迟缓的程度。参数一：完成任务时间；参数二：实验者运动速度；参数三：实验者运动加速度最大值。其中，参数二要避免被试者在加速或减速过程中的数据，我们认为被试者在绝大部分时间内处于自然运动速度，故可以把速度集合里面的中位数作为参数二的取值。通过测量方差分析可以看出被试者余正常人数值在三个特征量中表现出的差异性。
3.2震颤的频率和振幅
阿基米德螺旋实验、米字实验、定腕实验都是临摹实验。我们算出在任意时刻被试者坐标与标准坐标的欧几里得距离(euclideanmetric)，并把时间与欧几里得距离的对应关系通过短时傅里叶变换(short-timefouriertransform)转成频域，通过频域分析得到周期图，从而得到震颤频率(hz)和震颤振幅(mm)。通过频域分析可以发现，被试者在各测试中表现出来的震颤频率和震颤幅度会有不同。
通过综合以上几个方面的数据，综合分析以下表格数值来总结和提示被试者是否与正常人之间存在差异。
*p值：如连续变量，用kruskalwallis秩和检验；如计数变量有理论数<10，用fisher精确计算概率法得出结果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。