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1、ABSTRACT 糖尿病溃疡足压力测量软件平台设计与分析 摘 要 由于生活水平的提高，越来越多的人患有糖尿病。随着病情的发展，在这些 患者当中，有的会并发足部溃疡，严重的情况下会发展到需要截肢手术治疗1。 糖尿病足会破坏人的循环系统和神经系统，造成人痛觉的丧失，从而导致足部压 力分布的改变2, 3。足部压力异常与足底溃疡的发生率具有显著的相关性，适合 于高压力、足畸形的鞋袜可以显著降低溃疡发生发展和溃疡的复发1, 3-5。因此， 开发出一套可以反应足部压力分布的系统，用于检测患者压力的改变，能为足部 产品的设计提供重要依据。 本文参考国外足底压力分布测量产品 RSscan 的软件平台 foot
2、scan6，自主开 发了一套软件系统，包含数据显示、病人信息的存储、图像信息的存储等功能， 还创造性地将语音识别的经典算法 Danymic Time Warping(DTW)应用到系统中， 用于自动分辨出由于测量方式不当产生的异常测量图片，替代传统人工剔除的烦 琐操作，也为筛选图片提供了更加科学的依据。最后还将上海六医院提供的一批 800 多例的病人数据，从性别、年龄、体重等方面进行了统计分析。 本文开发的系统针对溃疡足足底压力的测量设计，具有操作简单，实用性强 的特点，为足底压力分布课题的继续研究打下了基础。 关键字关键字：糖尿病溃疡足，足底压力分布，压力显示，DTW ABSTRACT AB
3、STRACT With the improvement of living standards, especially with todays insulin and inappropriate diet, many people has diabetes, which affected peoples normal life. The diabetic foot will occur results in infection,amputation or even death by damaging peopless blood flow and nerves1.The loss of fee
4、ling will results in a loss of feedback to control the foot perssure distribution1-2 It is proposed that high foot pressure concentration can be avoided by using some foot product3.So it is practical to develop a system to show the distribution of foot pressure, providing the basis for designing the
5、 foot product preventing high pressure. Reference to the software platform FOOTSCAN of foreign product RSscan4, this system includs pressure display, patients basic and pressure information storing. Especially, We uesd the DTW algorithm widely used in speech recogniztion to classfiy some adnormal me
6、asurements.This method shows great conviences to replace the tedious manul operation and also provides a more specific standard to exclude some inappropriate measurements. This system for foot ulcers plantar pressure measurements has friendly user interface and important practical value. It lays a f
7、oundation for the future work of the research in this field. Keywords: diabetic foot, ulcers, plantar pressure distribution, pressure shows, DTW 目录 I 目 录 第一章第一章 前言前言 1 1.1 研究背景 .1 1.1.1. 糖尿病溃疡足形成原因 1 1.1.2. 糖尿病溃疡与足底压力 2 1.1.3. 足底压力分布测量技术种类 3 1.1.4. 足底压力分布测量的国内外研究进展 3 1.2 项目的提出及研究意义 4 1.3 本文主要工作 5 第二
8、章第二章 足底压力测量平台软件设计足底压力测量平台软件设计 6 6 2.1 软件系统框架设计 6 2.2 数据的产生 7 2.3 足底压力分布的可视化实现 8 2.3.1. RGB 显示.9 2.3.2. 配色方案 .10 2.3.3. 足底扫描数据 RGB 显示 .11 2.4 数据库设计 .13 2.4.1. 开发环境 .13 2.4.2. 结构设计 .14 2.4.3. 关系模型 .15 2.4.4. ADO 数据模型 .17 2.4.5. 使用 ADO 搭建数据库系统 .18 2.4.6. 图像文件的存储 .20 第三章第三章 基于动态时间规划算法的自动剔除异常图片的方法基于动态时间规
9、划算法的自动剔除异常图片的方法 24 3.1 动态时间规划（DTW）的基本原理 24 3.2 算法领域的相关工作 .25 3.2.1 预处理 26 3.2.2 特征提取 28 目录 II 3.2.3 模板匹配 29 3.2.4 方法和实验 31 3.3 结果与讨论 33 3.3.1. DTW 距离结果33 3.3.2. 聚类结果 .34 3.4 动态链接库加载算法到平台 .35 第四章第四章 真实病人压力数据的统计分析真实病人压力数据的统计分析 37 4.1 统计参数 .37 4.2 VBA 编程38 4.3 各因素对足底压力分布的影响 .38 4.3.1. 左右足对照 .39 4.3.2.
10、性别 .40 4.3.3. 年龄分析 .42 4.3.4. 体重分析 .46 4.3.5. 病情分析 .47 第五章 结果与展望 .48 5.1 本文主要完成的工作 .48 5.2 本文主要的创新点 .48 5.3 不足与展望 .49 参考文献 51 致谢 54 攻读硕士期间取得的成果 55 电子科技大学硕士学位论文 0 第一章 前言 1.1 研究背景 自 20 世纪 80 年代以来，各国糖尿病患者患病数量在极具地增加，据设在澳 大利亚墨尔本的国际糖尿病研究所在 2003 年的研究报告，估计全球已诊断糖尿 病人数达到 1.94 亿，预测到 2025 年将达 3.33 亿，增加 72%，这就意味
11、着全球 6.3%的人患有糖尿病1，而糖尿病足病是糖尿病严重的并发症，大约 1/6 的糖尿 病患者患有足溃疡2，严重的情况下会发展到需要截肢手术治疗的程度，不仅给 病人带来了很大的身体伤害，也给社会造成了很大的经济负担7, 8。 1.1.1. 糖尿病溃疡足形成原因 一种或多种的危险因素结合在一起会引发足溃疡，就其最主要的诱发原因主 要有以下两个： 1周围神经病变 糖尿病周围神经病变（DPN）是导致糖尿病足（DF）发生的最常见的危险因 素，即糖尿病最常见的致病原因。外周神经会作用于人的肌肉、感觉神经系统， 导致患者对痛觉和振动、压力、触觉的感觉的消失1-3，这是引起足溃疡的重要因 素。由于这些感觉
12、的消失，患者就会对损伤的刺激或者外伤的感觉迟钝或者全然 不知，而周围神经病变同时会影响到运动和自主神经，导致足部肌肉萎缩，从而 使跖骨弯曲畸形进而导致步态异常，引起压力分布的改变和局部压力的增加。由 于保护性感觉消失，即便有外伤也感受不到，足部不该承受压力的地方长时间受 到高压，又会使得溃疡发展加重。溃疡往往就是由于这些外在的因素作用于失去 感觉的不敏感足而引起1, 9-11。 2糖尿病周围血管病变 周围血管病变（PVD） ，通常情况下与轻微的外伤和损伤的刺激有关，这会 导致缺血性溃疡发生。而周围血管病变和神经病变通常会同时在一个患者身上出 第一章 前言 1 现，这就更易使皮肤血流减少1, 1
13、1。由于大血管病变，如果此时皮肤表面又存在 压力时，血管的闭塞就更易发生。闭塞性微血管病变未必是足溃疡发生的直接原 因，但如果一有外伤、脓毒性血栓的发生或感染引起的轻微的水肿都可能导致已 有的病变的末端动脉闭塞9, 12, 13，进而引起趾部感染，一旦溃疡发生感染，造成 感染足，截肢的危险就大大增加。 1.1.2. 糖尿病溃疡与足底压力 正常人的足底压力主要分布在第一趾，第二跖骨头和足跟区域，其他部位不 会承担体重的压力10。而糖尿病患者随着病情的发展，足底压力的分布会逐渐改 变，一些原本没有受过压力的部位开始承受体重，此时如果长期穿着不合适的鞋 袜，压力会对这些区域反复刺激，导致足底毛细血管
14、闭塞，局部的血液循环也会 遭到破坏，进而导致鸡眼，破溃的出现，甚至出现不可收拾的局面。由此可见， 压力的异常与足部溃疡的发生有显著的相关性14-17。糖尿病并发周围神经病变者， 前足压力增加，前后足足底压力比值（F/R）增高的现象仅出现在有严重周围神 经病变者中，随着神经病变的程度增加，压力的分布越不平衡18。一旦溃疡发生， 如果溃疡上的机械力负荷得不到解除，即使血液供应充足，也无法治愈。 国内外出现了许多与压力相关的糖尿病溃疡足的防治研究，针对足部的高压 部位采取应对措施，如减压鞋垫、保护鞋等产品的研制15, 19-25，可以达到缓解溃 疡部分压力的作用。足部减压产品的设计需要以足底压力的分
15、布为依据，这就需 要压力测量系统的帮助。压力测量系统能反应出接触面的压力测量值的大小，提 供压力分布的细节。通过压力分布的反应，可以及时地监测到病人足底的高压区 域，进而就可以针对这些区域做保护措施，防止溃疡的继续发展和恶化。 早在上个世纪末，足底压力分布的测量技术26的重要应用价值就得到了人们 的重视被研究和应用。传感器技术和计算机技术的飞速发展更加推动了足底压力 测量在多个领域的研究和应用，人们对它的研究也不断深化，出现了多种产品。 市面上对压力测量的系统的种类也多种多样。按照测量传感器的种类可以分为电 阻式、电容式、压电式。从测量装置上可以将传感器直接放在测量平台上，也可 以置于鞋内，做
16、成鞋状15, 27, 28。 电子科技大学硕士学位论文 2 1.1.3. 足底压力分布测量技术种类 足底压力测量的发展主要经历了足印技术、足底压力扫描技术、力板、测力 台技术、压力鞋与鞋垫技术等阶段29。 脚印法是利用石膏、泥、橡胶或泡沫等易产生形变的特点制成表面光滑的垫 子，根据人足在上面行走留下的足印和痕迹，可以对足底的压力及分布做出定性 的分析和判断。这种方法简单易行，结果直观，缺点是无法反应出具体的压力值， 可靠性不高，实用性不强，现在已不再使用。 足底扫描仪则是基于光学原理，将光源安置在玻璃的两端，玻璃上放置橡胶 弹性垫，当足踏上弹性垫的时候，光会在玻璃内全反射，受压的弹性垫即可在玻 璃上产生一个清晰的足印象，由于压力和影像的光强度正比，这样就可以根据光 强度定性地分析足底压力及分布。此方法可以实时检测足底压力的分布，具有空 间分辨率较高的特点，但和脚印法一样，都只能做定性分析，足底压力的大小只 能根据图像的深浅变化作大致的判断。 随着换能器和传感器的发展，力板与测力台、压力鞋
