基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估方法与装置

本技术涉及吞咽功能评估，特别涉及一种基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估方法与装置。

背景技术：

1、吞咽困难是脑卒中患者中较为普遍的症状之一。据统计，在中国，全国范围内大约有340～740万人面临吞咽障碍的问题。每年，新发脑卒中患者数量约为250万，其中大约30～65％的患者经历吞咽障碍的困扰。

2、吞咽功能是指人体从外界经口摄入食物并经咽腔、食管传输到达胃的过程。正常的生理性吞咽分为四个期：第一期为口腔准备期，是指摄入食物到完成咀嚼的阶段。第二期为口腔推送期，是指咀嚼形成食团后运送至咽的阶段，主要是食团的形成和运送到咽的过程。口腔准备期及口腔推送期属于随意控制期，在这两个期人可以随意控制，在任何时候都能停止。第三期为咽期，是指吞咽反射启动，食团开始进入咽，结束于环咽肌松弛，食团进入食管。第四阶段是食管期，食团以蠕动的方式向前推进。这种蠕动是食道环状及纵向平滑肌连续不断的波浪式不自主收缩。当食团到达食道末端时，食道下端括约肌舒张，食团进入胃部。

3、咽期和食管期属于不受随意控制的非自主性运动，尤其是咽期，一旦启动，则不可逆。在咽期，舌骨和喉部的上抬以及前移对于呼吸道入口的关闭、食管上括约肌打开以及喉前庭闭合、下咽产生真空向下推进食团起着至关重要的作用。正常人的喉上抬幅度约2cm，而吞咽障碍的患者喉上抬幅度往往达不到2cm。

4、目前，临床上评估喉上抬幅度没有专门的设备，主要通过治疗师的手法进行检查。在检查中，治疗师将手放于患者下颌下方，手指张开，示指轻放于下颌骨下方，中指放在舌骨，小指放于甲状软骨上，无名指放于环状软骨处，嘱患者吞咽时，感觉甲状软骨上缘能否接触到中指来判断喉上抬幅度，如能触到，判断为喉上抬幅度大于2cm，为正常。反之，判定为喉上抬幅度不足。尽管该方法再评估吞咽功能时简便易行，但是评估的结果一定程度上受到评估者主观判断的影响，因此在不同医生之间可能存在一定程度的主观性和不确定性。这使得测量结果难以在不同医疗专业人员之间保持一致性；其次，由于四指法依赖医生手动测量喉上抬的移动距离，存在因医生技能水平和感知差异而导致的不准确性，使得评估结果缺乏高度的精确度；除此之外，四指法通常是一种定性评估方法，难以提供准确的定量数据。这使得在需要具体的、可量化的吞咽功能信息时，四指法的应用受到限制。在实际应用中，仍缺乏一种更为精确的评估方法以获取更可信赖的吞咽功能信息。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估方法与装置，通过柔性阵列压力传感器获得吞咽过程中喉上抬的准确位置坐标，并通过可视化获得喉的整个移动过程，从而更精准的反映喉上抬的移动距离，进而为脑中卒患者吞咽功能障碍评估及康复机制研究提供有力工具。

2、为解决上述技术问题，第一方面，本技术实施例提供一种基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估方法，包括以下步骤：首先，采用柔性阵列压力传感器，在患者咽喉部连续采集传感器阵列各触点压力数据；然后，基于传感器阵列触点的空间位置，将采集到的各触点压力数据转换为连续帧的二维压力分布数据，并进行平滑滤波处理；接下来，在记录一次完整吞咽动作后，获取各帧压力分布数据最大值所在的坐标；最后，以吞咽动作前最大值所在位置为原点，计算吞咽过程中各帧压力分布数据最大值所在坐标距原点的欧氏距离，并找出所有距离的最大值，即得到喉上抬最大高度。

3、在一些示例性实施例中，在连续采集传感器阵列各触点压力数据的过程中，将柔性阵列压力传感器与患者咽喉部紧密贴合，并保证吞咽过程中压力传感器阵列始终与咽喉部紧密贴合；柔性阵列压力传感器的灵敏度应不低于10mv/pa，压力传感器阵列相邻两触点间距不高于2mm。

4、在一些示例性实施例中，在患者咽喉部连续采集传感器阵列各触点压力数据之后，以及在基于传感器阵列触点的空间位置，将采集到的各触点压力数据转换为连续帧的二维压力分布数据，并进行平滑滤波处理之前，还包括：采用信号调理电路将连续采集到的各触点压力数据转化为电压变化并经信号采集电路模数转换后传输至信号预处理模块。

5、在一些示例性实施例中，基于传感器阵列触点的空间位置，将采集到的各触点压力数据转换为连续帧的二维压力分布数据，并进行平滑滤波处理，包括：将采集到的各触点压力数据转化为传感器阵列各触点所受的压力值，并以传感器阵列触点的空间位置将对应压力数据放入三维矩阵中，从而获得传感器阵列表面所受压力分布随时间的变化；对每一帧二维压力分布数据进行二维平滑滤波，并以热力图的形式实时显示压力分布情况。

6、在一些示例性实施例中，三维矩阵采用m×n×t表示，其中，m和n分别代表压力传感器阵列内触点的行数和列数，t代表完成一次吞咽所用时间对应的采样点数。

7、在一些示例性实施例中，获取各帧压力分布数据最大值所在的坐标，包括：对每一帧二维压力分布数据，找出其中最大压力点所对应的行与列；采用(mt,nt)表示最大值所在的坐标，表示时刻t最大压力点出现在mt行，nt列。

8、在一些示例性实施例中，通过计算每一帧压力分布数据最大值所在坐标距原点的距离，得到各帧压力分布数据最大值所在坐标距原点的欧氏距离；其中，计算每一帧压力分布数据最大值所在坐标距原点的距离，包括：记初始时刻最大压力点在三维矩阵中对应行数、列数分别为m0和n0；采用公式(1)计算时刻t最大压力点所在坐标距坐标原点的距离；

9、

10、其中，d为传感器阵列两相邻触点之间的间距，mt、nt分别为时刻t最大压力点在三维矩阵中对应行数、列数。

11、第二方面，本技术实施例还提供了一种基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估装置，该系统包括：依次连接的柔性阵列压力传感器、信号预处理模块、信号处理模块和计算模块；其中，柔性阵列压力传感器用于在患者咽喉部连续采集传感器阵列各触点压力数据；信号预处理模块用于根据传感器阵列触点的空间位置，将采集到的各触点压力数据转换为连续帧的二维压力分布数据，并进行平滑滤波处理；信号处理模块用于在记录一次完整吞咽动作后，获取各帧压力分布数据最大值所在的坐标；计算模块用于以吞咽动作前最大值所在位置为原点，计算吞咽过程中各帧压力分布数据最大值所在坐标距原点的欧氏距离，并找出所有距离的最大值，即得到喉上抬最大高度。

12、在一些示例性实施例中，上述基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估装置，还包括：信号调理电路；所述信号调理电路的输入端与柔性阵列压力传感器的输出端连接，所述信号调理电路的输出端与所述信号预处理模块的输入端连接；信号调理电路用于将连续采集到的各触点压力数据转化为电压变化并经信号采集电路模数转换后传输至所述信号预处理模块。

13、在一些示例性实施例中，上述基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估装置，还包括：信号显示模块，信号显示模块与所述计算模块的输出端连接；信号显示模块用于显示候上抬最大高度，并进行信息存储。

14、本技术实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

15、本技术实施例提供一种基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估方法与装置，该方法包括以下步骤：首先，采用柔性阵列压力传感器，在患者咽喉部连续采集传感器阵列各触点压力数据；然后，基于传感器阵列触点的空间位置，将采集到的各触点压力数据转换为连续帧的二维压力分布数据，并进行平滑滤波处理；接下来，在记录一次完整吞咽动作后，获取各帧压力分布数据最大值所在的坐标；最后，以吞咽动作前最大值所在位置为原点，计算吞咽过程中各帧压力分布数据最大值所在坐标距原点的欧氏距离，并找出所有距离的最大值，即得到喉上抬最大高度。

16、本技术实施例提供的基于柔性阵列压力传感器的吞咽功能量化评估方法，一方面，本技术采用柔性阵列式传感器提供了更为客观和精确的测量，通过传感器采集的数据能够以数字形式记录喉上抬的移动距离，避免了主观测量误差，提供了更准确的吞咽功能评估。另一方面，本技术能够实时监测喉上抬的动态变化，相较于手动测量，传感器能够以高频率采集数据，捕捉到吞咽过程中喉部运动的细微变化。这对于研究吞咽功能的动态特性以及对治疗效果的迅速反馈具有重要意义。此外，本技术还可以轻松实现数据的存储和分享。数字化的喉上抬移动距离数据可被记录、保存，并在需要时轻松共享给其他医疗专业人员，促进了团队协作和临床研究。