肌肉减少症智能便捷检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及健康监测技术领域，具体为一种智能便捷的肌肉减少症检测系统。

背景技术

肌肉减少症是增龄性骨骼肌质量减少及功能减退，可能导致机体行动不便、生活质量下降、甚至死亡等不良后果。随着人口老龄化的日益严峻，肌肉减少症患病老年人口数量逐渐增多。

目前国内外尚无统一肌肉减少症的诊断标准。中国老年人肌少症诊疗专家共识（2021）提出肌肉减少症的诊断标准应综合评估肌肉质量和肌肉功能，主要评估指标包括小腿维度、肌肉质量、肌肉力量及肌肉功能等。其中，小腿维度测量常规方法为非弹性卷尺测量，肌肉质量可用生物电阻抗法(BIA)测量，评估肌肉力量的首选方法是上肢握力测试，肌肉功能的较为全面及科学的方法为简易体能状况量表(SPPB)。

但是，目前生活中可进行小腿维度、肌肉质量、力量、躯体功能检测的设备较为分散，不具有关联性，不够便携而且数据的难以储存及信息共享，这大大增加了肌肉减少症筛查的不便与困难。因此，目前，设计出一套能够全面科学且智能便捷的肌肉减少症检测设备对于潜在肌肉减少症老年人的发现以及治疗至关重要。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种智能便捷肌肉减少症检测系统，能够通过测量人体小腿围度、上肢握力、躯体功能以及肌肉质量评估用户患肌肉减少症的风险，且设备智能、操作便捷、测试指标科学全面。

本发明的技术方案是：一种智能便捷肌肉减少症检测系统，包括肌肉减少症评定量表模块、小腿维度测量模块、上肢握力测量模块、躯体功能测量模块、人体体成分测量模块、云端数据处理存储模块以及智能终端显示模块；具体而言：

所述肌肉减少症评定量表模块包括前端页面交互单元、数据收集单元、后端数据处理单元、控制处理单元、显示单元、无线通信单元以及电源单元；

所述小腿维度测量模块包括图像-空间坐标获取单元、立体信息与数字信号转换单元、数据控制处理分析单元、无线通讯单元、显示单元以及电源单元；

所述上肢握力测量模块包括压力传感器单元、电路单元、控制处理单元、显示单元、无线通讯单元、电源单元；

所述躯体功能测量模块包括平衡测量、步速测量以及5次坐-立时间测量3部分；其中平衡测量模块包括压力传感单元、平衡压力信号转换处理单元、计时单元、控制处理单元、无线通讯单元、显示单元、电源单元；步速测量模块包括图像获取单元、距离感应单元、计时单元、控制处理单元、无线通讯单元、显示单元、电源单元；5次坐-立时间测量模块包括无标记点式光学动作捕捉单元（基于结构光编码投射实时获取）、数字信号转换单元、计时单元、数据控制处理分析单元、无线通讯单元、显示单元以及电源单元；

所述人体体成分测量模块包括检测电极单元、测量电路单元、控制处理单元、显示单元、无线通讯单元、电源单元；

所述云端数据处理存储模块包括数据处理分析单元、云端数据库单元、无线通讯单元。通过无线通讯单元与肌肉减少症评定量表模块、小腿维度测量模块、上肢握力测量模块、躯体功能测量模块、人体体成分测量模块相连接；

所述智能终端显示模块包括无线通讯单元、终端显示单元，智能终端显示通过无线通讯与云端数据处理存储模块连接实现。

进一步的，人体成分测量模块和握力测量模块在同一个设备上；所述握力测量模块的压力传感器安装于体成分仪把手上；在体成分仪把手与手指接触方向的手柄内部放置有握力测量模块的压力传感器；握力测量模块的压力传感器与人体成分测量模块的检测电极单元由绝缘材料隔离；

进一步的，所述握力测量模块的控制处理单元接收到检测开始信号后，通过电源单元给压力传感器通电；当握力测量模块受力时，控制板接收薄膜压力传感器压力信息并通过信号线传送至体成分仪的主控板；压力传感器传出信号经主控板上测量电路单元传至控制处理单元，控制处理单元将信号处理为使用者握力，显示单元显示测量结果，控制处理单元通过无线通讯单元将测量数据传至云端数据处理存储模块。

进一步的，肌肉减少症评定量表模块借助的智能设备为测评系统中的小程序/APP实现，受试者借助智能设备登录个人账户填写问卷内容。

进一步的，小腿维度测量模块借助的设备为智能3D扫描仪。

进一步的，平衡能力测量模块借助的智能设备为电子静态平衡仪。

进一步的，步速测量模块借助的智能设备为激光测速仪。

进一步的，下肢功能测量模块借助的设备为智能光学动作捕捉相机。

进一步的，智能终端显示模块借助的智能终端包括智能手机或平板电脑等。

进一步的，所述人体成分测量模块的控制处理单元接收由云端数据处理存储模块内使用者数据库传送的使用者身高数据，控制处理单元接收到检测开始信号后，控制置于与人体四肢末端接触的体成分仪的把手和脚踏板处的检测电极单元输出电流，流经人体的电流由测量电路单元传输至控制处理单元，控制处理单元将电流信号处理为人体四肢骨骼肌质量数据，控制处理单元结合使用者身高计算人体四肢骨骼肌质量指数，显示单元显示测量结果，控制处理单元通过无线通讯单元将测量数据传至云端数据处理存储模块。

进一步的，无线通讯单元采用蓝牙、移动通讯技术以及以太网中等通讯方式。

进一步的，肌肉减少症评定量表模块、人体成分测量模块、握力测量模块、小腿维度测量模块、躯体功能模块分别将测得的肌肉减少症量表评分、人体四肢骨骼肌质量指数、上肢握力、小腿维度、平衡能力、步速以及5次坐-立时间通过无线传输单元传输至云端数据处理存储模块；云端数据处理存储模块的数据处理分析单元将用户测量数据与肌肉减少症诊断阈值比较，评估用户肌肉减少症患病风险，并存储用户测量结果和风险等级；云端数据处理存储模块通过无线通讯单元将用户数据传输至智能终端显示模块，智能终端显示模块可显示用户测量数据和肌肉减少症患病风险。

本发明与现有技术相比具有的有益效果在于

中国老年人肌肉减少症诊疗专家共识（2021）提出肌肉减少症的筛查既要包括肌肉质的检测，同时还要包括肌肉功能的检测。其中，小腿围是检测观察受试者是否具有潜在肌肉减少症的患病的简便方法，双能X线吸收法是测量四肢骨骼肌质量的金标准。而握力器是最常用的上肢握力检测工具，简易体能状况量表是检测受试者躯体功能的一种测试项目（包括人体平衡、步速、5次坐-立时间），该测试方法较其他方法能更加综合全面测量受试者躯体功能情况。但是，现有能够进行小腿维度、上肢力量、肌肉质量、躯体功能四项指标测量的仪器均为单独设备，且测量过程中需要人工辅助，测试器材不便携，测试过程繁琐且费时费力，难以在普通家庭以及社区方便快捷地对潜在肌肉减少症患者进行测量。本发明依据中国老年人肌肉减少症诊疗专家共识提出的肌肉减少症的筛查中最全面科学的检测指标，以人体体成分仪作为设备主体，使用嵌入在体成分仪把手处的压力传感器作为握力测力计测量上肢握力，此外在体成分仪上增加智能3D扫描仪以测量受试者小腿维度，同时在3D扫描仪上增加激光测速仪和光学动作捕捉相机分别测量受试者步行速度和5次坐-立时间，将体成分仪脚踏板处改换成智能电子静态平衡仪测量不同站姿下受试者站立时间以评估受试者平衡能力。将小腿维度、上肢握力、躯体功能和肌肉质量结合起来综合评估肌肉减少症患病风险。同时将所有检测设备集合到体成分仪上，实现设备的便捷且功能全面，并通过云端数据处理存储和智能终端显示功能实现检测结果的多方共享，以期为肌肉减少症的预防和治疗提供提出科学治疗处方。

附图说明

图1是本发明的结构组成框图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的系统工作流程图；

图4是云端数据处理以及结果输出流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。所描述的实施例仅为本发明的部分实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-2所示，本发明提供的一种肌肉减少症智能便捷检测系统，包括肌肉减少症评定量表模块1、小腿维度测量模块2、上肢握力测量模块3、躯体功能测量模块4（包括步速测试模块4a、平衡测试模块4b、5次坐-立时间测试模块4c）、人体体成分测量模块5、云端数据处理存储模块6、智能终端显示模块7。

肌肉减少症评定量表模块1和小腿维度测量模块2用于检测潜在老年人肌肉减少症患病风险，上肢握力测试模块3用来检测受试者的上肢握力大小，步速测试模块4a用于测量受试者步行4米的速度，平衡测试模块4b用于检测不同站姿下受试者能够站立时间，5次坐-立时间测试模块4c用于测量受试者完成5次起坐动作所用时间，人体成分测量模块5用于检测受试者四肢骨骼肌质量指数。肌肉减少症评定量表模块1、小腿维度测量模块2、上肢握力测量模块3、步速测试模块4a、平衡测试模块4b、5次坐-立时间测试模块4c、人体体成分测量模块5、智能终端显示模块7与云端数据处理存储模块6通过无线通讯单元连接。智能终端显示模块7可以获取存储在云端数据处理存储模块6用户数据库中的受试者测量数据和肌肉减少症患病风险。

其中，肌肉减少症评定量表模块1借助的智能设备为测评系统中的小程序/APP实现。小腿维度测量模块2借助的智能设备为便捷3D扫描仪。上肢握力测试模块3借助的为与体成分仪把手为一体的压力传感器，步速测量模块4a借助的智能设备为激光测速仪,平衡能力测量模块4b借助的智能设备为电子静态平衡仪, 5次坐-立时间测试模块4c借助的智能设备为光学动作捕捉相机。注意的是，小腿维度测量模块2、步速测量模块4a和5次坐-立时间测试模块4c集合至同一设备上，智能终端显示模块7借助的智能终端包括智能手机或平板电脑等。

具体而言，肌肉减少症评定量表模块1、小腿维度测量模块2、上肢握力测试模块3、躯体功能测量模块4和人体体成分测量模块5均包括：控制处理单元、显示单元、无线通讯单元和电源单元；通过电源单元为本模块提供电源，通过无线通讯单元与云端数据处理存储模块6进行通信连接，通过控制处理单元将本模块测量或接收到的数据信息进行处理，并通过显示单元进行显示。

肌肉减少症评定量表模块1还包括：前端页面交互单元、数据收集单元和后端数据处理单元。如图2a所示, 肌肉减少症评定量表模块1中主要为是用户在线填写SARC-F量表，即用户通过前端页面交互单元在线填写；该量表是一项被广泛使用的肌肉减少症自我筛查工具，包括5个评估项目，即肌肉力量 S(Strength)、辅助行走A(Assistance in walking)起立R(Rise from a chair)、爬楼梯 C( Climbstairs)-跌倒F(Falls)调查问卷，数据收集单元将用户填写的数据收集汇总，再经过后端数据处理单元，进行评分。得分范围为 0—10分，分数越高者肌肉减少症的风险越高，总分>4 分为筛查阳性。

用户通过肌肉减少症评定量表模块1初步填写个人基本信息以及问卷内容，用户信息和结果自动保存并处理，随后通过无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询填写结果。

小腿维度测量模块2还包括：图像-空间坐标获取单元、立体信息与数字信号转换单元。图2b所示，小腿维度测量模块2为用户可通过便捷3D扫描仪摄像头A和B对其小腿维度进行360°环绕扫描，借助3D扫描仪的图像-空间坐标获取单元、立体信息与数字信号转换单元获取其小腿维度数据并分析处理，依据中国老年人肌肉减少症诊疗专家共识(2021)，男性小于34cm，女性小于33cm为筛查阳性。随后通过无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询填写结果。

上肢握力测试模块3还包括：压力传感单元和电路单元。如图2e所示，体成分仪把手包括信号线A、软隔B、四指处壳体C、压力传感器D、支撑块E、把手壳体F、控制板H和电极G。当体成分仪把手受力时，压力传感单元通过压力传感器D受到四指处壳体C和支撑块E的挤压，电路单元中的控制板H接收压力传感器D压力信息并通过信号线A传送至上肢握力测试模块3的控制处理单元，随后通过无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询筛查结果。依据中国老年人肌肉减少症诊疗专家共识(2021)，男性上肢握力小于38kg，女生上肢握力小于18kg为上肢力量异常。

躯体功能测量模块4中的步速测试模块4a还包括：图像获取单元、距离感应单元、计时单元。如图2c所示，步速测试模块4a对受试者步行速度的测量借助的设备为激光测速仪，通过设置摄像头C和D前方4m距离，随后使受试者在设定4m距离内自由行走，测速仪内的图像获取单元、距离感应单元、计时单元对受试者行走4米距离所利用的时间进行数据获取并通过数据控制处理单元对时间进行得分处理，步速测试得分计算标准为：无法行走4米：0分；所需时间>8.70s：1分；所需时间6.21s-8.70s：2分；所需时间4.82s-6.21s：3分；所需时间<4.82s：4分；要求行走4m两次，取用时最短的一次作为测量结果；随后通过无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询筛查结果。

躯体功能测量模块4中的平衡测试模块4b还包括：压力传感单元、平衡信号转换处理单元、计时单元。如图2f所示，平衡测试模块4b通过电子静态平衡仪测量受试者在三种站姿下能够维持的时间，受试者站在体成分仪踏板处改进的电子平衡仪上通过压力传感单元测量其重心变化，平衡压力信号转换处理单元对压力信息转换，计时单元对不同站姿下重心稳定时间进行计算，控制处理单元对测量的重心稳定时间进行得分分析，平衡测试得分计算标准为：第一、第二种姿势站立超过10s得1分，少于10s得0分；第三种姿势站立超过10s得2分，3s-10s 得1分，3s以内得0分；最终计算总分。随后通过无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询筛查结果。

躯体功能测量模块4中的5次坐-立时间测试模块4c还包括：无标记点式光学动作捕捉单元、计时单元、数字信号转换单元。如图2d所示，5次坐-立时间测试模块4c为借助智能光学动作捕捉相机测量受试者在按照测试标准完成5次坐-立动作所利用时间。动作捕捉镜头E、F内无标记点式光学动作捕捉单元通过对受试者及动作幅度进行识别。将坐一次动作要求定义在膝关节弯曲至小于90°，判断为坐一次；将大、小腿之间夹角大于170°且大腿与水平地面夹角大于80°，判断为站立一次；站立一次+坐一次组合定义为：完成1次坐-立。动作识别过程具体为，无标记点式光学动作捕捉相机通过其内部光学跟踪器对人体动作高精度捕捉，动作捕捉相机获取动作图像后，通过运放电路传输至数字信号转换单元内的电荷耦合器件图像传感器，将光线信号转换成电荷信号，随后通过数字信号转换单元内的模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过数据控制处理分析单元（简称为控制处理单元）进行动作识别判断。随后通过计时单元对完成5次坐-立利用时间进行获取并利用数据控制处理单元对坐-立时间进行得分分析，5次坐-立时间得分标准为：不能完成5次坐立或完成＞60s：0分；坐立时间≥16.70s：1分；坐立时间13.70-16.69s：2分坐立时间11.20-13.69s：3分；坐立时间≤11.19s：4分。随后通过无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询筛查结果。

云端数据储存和处理平台对接受的躯体功能测量结果通过数据控制处理单元进行汇总得分分析，计算标准为：躯体功能测量得分=步速测试模块得分+平衡测试模块得分+5次坐-立时间测试模块得分，满分为12 分, 0～6分表示躯体能力差,7～9分表示躯体能力中等, 10～12分表示躯体能力好，躯体功能测量得分总分≤9分判定为躯体功能异常。

人体成分测量模块5还包括：检测电极单元、测量电路单元。如图2g所示，人体成分测量模块5为利用生物电阻抗对受试者四肢骨骼肌含量进行检测，控制处理单元接收由使用者输入或数据库传送的身高数据，控制处理单元接收到检测开始信号后，控制置于与人体四肢末端接触的体成分仪的把手电极和脚踏板处的检测电极单元输出电流，流经人体的电流由测量电路单元传输至控制处理单元，控制处理单元将电流信号处理为人体四肢骨骼肌质量数据，控制处理单元结合受试者身高计算人体四肢骨骼肌质量指数。依据中国老年人肌肉减少症诊疗专家共识(2021)，男性小于7.0kg/m²，女性小于5.7kg/m²为筛查阳性。随后控制处理单元通过无线通讯单元将测量数据传至云端数据处理存储模块。

云端数据处理储存模块6还包括：数据处理分析单元、云端数据库单元、无线通讯单元。如图2h所示，所有测试指标检测结束后通过无线通讯单元上传至云端数据处理储存模块6的云端数据库单元，随后云端数据处理储存模块6中的数据处理分析单元对所有测试维度进行评估。首先，对小腿维度测量模块测量结果进行分析，若男性小腿维度小于34cm，女性小腿维度小于33cm即为肌肉减少症潜在患者；随后对上肢握力模块数据进行分析，若男性上肢握力小于28kg，女生上肢握力小于18kg，即评定为上肢力量异常；随后对躯体功能检测模块进行数据分析，躯体功能测量得分=步速测试模块得分+平衡测试模块得分+5次坐-立时间测试模块得分，满分为12 分, 0～6分表示躯体能力差,7～9分表示躯体能力中等, 10～12分表示躯体能力好，躯体功能测量得分总分≤9分判定为躯体功能异常；随后，对四肢骨骼肌质量指数数据进行分析，若男性四肢骨骼肌质量指数小于7.0kg/m²，女性小于5.7kg/m²为四肢骨骼肌质量偏低。随后，云端数据处理储存模块6中的数据处理分析单元对各项检测指标进行综合分析，若四肢骨骼肌质量指数低于诊断阈值，同时上肢握力或躯体功能低于诊断阈值，评估用户患有肌肉减少症。若四肢骨骼肌质量指数低于诊断阈值，同时上肢握力和躯体功能都低于诊断阈值，评估用户为重度肌肉减少症患者。最后，云端数据处理储存模块6将用户的评估结果一并上传到云端数据处理储存模块6的云端数据库单元中。

智能终端显示模块7还包括：无线通讯单元、智能显示设备。如图2i所示，智能终端显示模块通过无线通讯单元借助的智能手机或平板电脑等设备可查询检测结果。检测结果输出结果主要包括：身高、体重、体脂率、四肢骨骼肌质量指数、肌肉减少症量表得分、小腿围度、上肢握力大小、平衡能力、步速、5次起-坐时间、肌肉减少症患病风险结果、后期注意事项等。

如图3所示为本发明的系统工作流程图，用户在智能终端登录个人账号，登录后输入如年龄、性别、身高等个人信息。用户选择评估肌肉减少症患病风险后，智能终端通过无线通讯单元将用户申请传输至云端数据处理存储模块，云端数据处理存储模块将用户数据和准备测量信号通过无线通讯单元传输至设备检测系统。

首先，用户通过肌肉减少症评定量表模块填写问卷内容，用户结果自动保存并处理，随后通过无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询填写结果。

随后，用户进行小腿维度测量，取下便捷3D扫描仪对用户小腿维度进行360°环绕扫描，重复两次，小腿维度测量模块会选择两次测量值的平均值作为最终结果，无线通讯单元上传至云数据处理和储存平台，用户可通过智能终端设备查询测量结果。

随后，进行上肢握力测试，在测量上肢握力时，用户双手逐渐握紧体成分仪把手并注视屏幕显示的握力值，当握力值不再增大时逐渐放松但仍握住体成分仪把手，此过程重复3次。当体成分仪屏幕显示测量结束后，上肢握力测量模块会选择3次双手握力的最大值作为测量握力值，随后控制处理单元将上肢握力值通过无线通讯单元传输至云端数据处理存储模块。

随后进行躯体功能测试，首先进行步速测量，借助支架固定智能3D扫描仪，选择激光测速模式，设置摄像头前方4m距离，随后使受试者在设定4m距离内自由行走，重复两次，步速测试模块会选择两次步速的最大速度作为测量值，随后控制处理单元将测量的步速通过无线通讯单元传输至云端数据处理存储模块。

随后进行平衡测试，用户打开设备平衡测试模块，用户根据体成分仪踏板处电子平衡仪不同站姿显示要求依次进行站立，站立稳定后，设备自动进行计时，随后控制处理单元将测量的不同姿势站立时间进行得分计算并通过无线通讯单元传输至云端数据处理存储模块。

随后进行5次坐-立时间测试，打开3D扫描仪上光学动作捕捉模式，用户侧对动作捕捉镜头，根据设备信号灯提示在摄像头前方连续完成5次坐-立动作，根据用户身高选择合适高度椅子，保证用户向下坐最后阶段膝关节小于90°，站立最后阶段将大、小腿之间夹角大于170°且大腿与水平地面夹角大于80°。测试完成后控制处理单元将测量的5次坐-立时间进行得分计算并通过无线通讯单元传输至云端数据处理存储模块。

最后测量用户四肢骨骼肌指数，用户按照系统指示赤脚站立在体成分仪脚踏板处指定区域，体成分仪提示测量开始时，用户双手分别握住体成分仪的两个把手，待体成分仪提示测量结束后用户方可松手。体成分仪的控制处理单元用测得的四肢骨骼肌质量计算四肢骨骼肌质量指数，控制处理单元将四肢骨骼肌质量指数通过无线通讯单元传输至云端数据处理存储模块。

云端数据处理存储模块的数据处理分析单元判断测量值是否符合诊断阈值以评估用户肌肉减少症患病风险。云端数据储存和处理平台接受到各个模块的数据传输后，云端数据储存和处理平台对各项检测指标进行综合分析。具体为，若四肢骨骼肌质量指数低于诊断阈值，同时上肢握力或躯体功能低于诊断阈值，评估用户患有肌肉减少症。若四肢骨骼肌质量指数低于诊断阈值，同时上肢握力和躯体功能都低于诊断阈值，评估用户为重度肌肉减少症患者。

云端数据处理存储模块通过无线通讯单元将各模块测量数据和最终评估的肌肉减少症患病风险或程度传输至智能终端显示模块，智能终端显示设备向用户显示各维度测量结果以及评估的肌肉减少症患病风险或程度。

本具体实施方式的实施例为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。