一种适老化轻度认知障碍筛查及干预方法及系统与流程

1.本发明涉及生物医学工程领域，具体而言，涉及一种适老化轻度认知障碍筛查及干预方法及系统。


背景技术：

2.痴呆症(dementia)被认为是导致老年人生活无法自理的主要原因之一。轻度认知障碍(mild cognitive impairment,mci)发生在痴呆症前期(即介于健康老龄化和痴呆症之间)，主要的症状包括但不局限于记忆力衰退、语言功能障碍、注意力不集中、执行能力减退等。有关研究表明，在轻度认知障碍阶段，预防性干预措施已被证实可以在一定程度上帮助改善患者的认知功能，甚至恢复到正常水平，如虚拟现实(virtual reality,vr)干预对mci患者的认知和身体健康都有积极影响；相反，如果不采取干预措施，每年有10-15％的轻度认知障碍案例会发展为阿尔茨海默病(alzheimer’s disease,ad)；6年内该数字将升到80％。随着虚拟现实及传感科技的进步，通过“健康科技”对轻度认知障碍人群进行早期筛查及干预反馈有着重要意义。考虑到人群中包含大量老年人，他们对健康科技的依从性不足，为满足老年护理任务和科技之间的契合度，系统需要“适老化”设计。
3.在mci筛查方面，最常见的诊断方法是认知测试和生物医学测试。基于学科融合以及机器学习的发展应用，很多学者提出了基于神经网络算法框架的检测方法。发明[1]和发明[2]提出了基于认知量表测试的轻度认知障碍快速检测系统；发明[3]将认知评估量表测试内容植入在线游戏鉴别出轻度认知障碍候诊人群的方法及装置；发明[4]提出了基于eeg与神经反馈技术的轻度认知障碍康复评估系统。然而，传统的认知绩效评估在测试时依赖于专业人员，病患自身很难实现自我测评；此外，由于成本昂贵，常规生物医学测试无法高频度的使用，导致可用性较低；在现有基于机器学习方法筛查mci的方法中，存在对轻度认知障碍的分类任务准确率不高的问题。
[0004]
在mci的干预措施方面，目前已有研究人员验证非药物干预措施可以缓解痴呆症的多种危险因素，进一步预防和延缓认知能力下降。文献[5]进行了一项随机对照试验研究，结果发现通过练习气功可以显著提高mci患者的选择性注意力；文献[6]试验研究结果发现适当的康复锻炼可以改善mci患者的认知功能、降低血脂和炎症等方面。然而，这种干预措施必须达到一定强度、频次后才会产生积极效果。此外，大多数mci干预措施从内容和形式上都无法满足病患的需求，也不能及时准确地反映mci发展，更不能适时校正干预措施(如锻炼强度、频率)，这可能导致干预的延迟，无法及时改善mci人群的认知和身体机能，导致社会医疗体系的不可持续性。
[0005]
随着科技的进步，利用乐龄科技监测老年人的健康状况成为可能。在文献[7]中总结了11项基于虚拟现实(virtual reality,vr)的mci干预措施，结果发现vr干预对mci患者的认知和身体健康有积极影响。专利[8]公开了一种基于vr的帕金森病轻度认知障碍的诊断康复系统及方法，使用外带装置感应器监测、记录患者运动状态、运动信息以及交互数据。然而，面临乐龄科技的时候，只有技术并不一定保证成功，因为科技设计有可能不符合
闭环设计，并根据获得的检测评估结果对轻度认知障碍人群进行干预。
[0023]
进一步地，方法还包括步骤：
[0024]
s150:对采集的客观生理信号进行预处理，滤除由于人体呼吸运动引起的基线漂移干扰。
[0025]
进一步地，方法还包括步骤：
[0026]
s400:对轻度认知障碍人群进行干预后的干预效果进行反馈。
[0027]
进一步地，步骤s100包括：
[0028]
使用心电传感器进行心电信号的采集；
[0029]
使用脑电传感器进行脑电信号采集；
[0030]
呼吸信号从心电信号中分离，通过小波去噪、提取r波位置和振幅、插值得到波形曲线后独立显示；
[0031]
使用惯性传感器采集步态数据。
[0032]
进一步地，步骤s200包括：
[0033]
基于知识、数据双驱动搭建深度学习网络算法，将处理后的心电信号、脑电信号、呼吸信号、步态信息数据输入到网络模型中，识别mci潜在危险因素，结合先验知识，检测轻度认知障碍。
[0034]
进一步地，步骤s300包括：
[0035]
基于设计思维理念，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，使用虚拟设备和传感器，融入“怀旧”元素搭建多模块管理平台，对轻度认知障碍人群进行干预，遵循轻度认知障碍渐进过程，自动在功能模块上对训练内容、强度、频次上校正干预计划。
[0036]
进一步地，步骤s400包括：
[0037]
将历史监测数据与标准正常范围的数据相结合，在正常模式下生成个体生命体征范围，并且将根据个人认知的变化在微观水平上定期进行校准，将对轻度认知障碍患者进行健康干预的综合指标结果反馈给用户。
[0038]
根据本发明的另一实施例，提供了一种适老化轻度认知障碍筛查及干预系统，包括：
[0039]
传感模块，用于使用传感技术采集心电、脑电、呼吸、步态客观生理信号；
[0040]
轻度认知障碍评估模块，用于通过数据驱动和知识引导相结合搭建深度学习网络算法，对采集的客观生理信号进行轻度认知障碍的有效检测评估获得检测评估结果；
[0041]
轻度认知障碍干预模块，用于结合设计思维理念、康复医疗专业知识，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，并根据获得的检测评估结果对轻度认知障碍人群进行干预。
[0042]
进一步地，系统还包括：
[0043]
数据预处理模块，用于对采集的客观生理信号进行预处理，滤除由于人体呼吸运动引起的基线漂移干扰。
[0044]
进一步地，系统还包括：
[0045]
干预效果反馈模块，用于对轻度认知障碍人群进行干预后的干预效果进行反馈。
[0046]
一种存储介质，存储介质存储有能够实现上述任意一项适老化轻度认知障碍筛查及干预方法的程序文件。
[0047]
一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法。
[0048]
本发明实施例中的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法及系统，本发明以客观生理信号(如心电、脑电、呼吸、步态等)作为轻度认知障碍早期筛查的主要依据，融入“怀旧”疗法元素，基于设计思维(design thinking)理念，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，构建一套功能齐全的轻度认知障碍筛查及干预方法及系统，从设计形式到内容上实现“适老化”，形成评估-干预-反馈一体化的闭环体系，以此来预防或延缓痴呆，避免病情恶化，从而降低社会和个人的医疗成本和负担。
附图说明
[0049]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0050]
图1为本发明适老化轻度认知障碍筛查及干预系统总体流程图；
[0051]
图2为本发明中ecg采集的电路设计图；
[0052]
图3为本发明中eeg采集的电路设计图；
[0053]
图4为本发明中呼吸信号提取过程图；
[0054]
图5为本发明中惯性传感器工作原理图；
[0055]
图6为本发明中轻度认知障碍评估模型框架图；
[0056]
图7为本发明中轻度认知障碍健康干预平台框架图。
具体实施方式
[0057]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0058]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0059]
实施例1
[0060]
针对现有技术的缺点，本发明以客观生理信号(如心电、脑电、呼吸、步态等)作为轻度认知障碍早期筛查的主要依据，融入“怀旧”疗法元素，基于设计思维(design thinking)理念，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，构建一套功能齐全的轻度认知障碍筛查及干预方法及系统，从设计形式到内容上实现“适老化”。
[0061]
本发明旨在提出一种“适老化”轻度认知障碍筛查及干预方法及系统，针对老年人
wilk test)。如果数据不符合正态分布，将采用非参数检验(例如kruskalwallis法)。如果数据符合正态分布，将采用参数检验，如方差分析(anovas)。通过mauchly的球形度检验(mauchly's test of sphericity)，检查重复测量时不同测量之间的差值方差是否相等；如果违反了球形度假设，则使用greenhousegeisser校正f-分布的自由度进行评估；在事后比较测试(post-hoc comparison test)中，使用bonferroni调整以避免因多次重复比较带来type i误差增加的风险；使用偏埃塔平方(partial eta squared，ηp2)表示效应值估量(0.01、0.06和0.14分别表示小、中和大效应)。线性混合模型将用于基线和随访结果测量的差异。效果将根据时间(即随访与基线)、治疗组(即干预组与对照组)和按时间分组的相互作用进行分类。将在调整基线变量后进行敏感性分析。经处理后的数据包括传感器数据和游戏性能数据，将用于构建个性化的mci检测模型。
[0075]
3.轻度认知障碍评估：基于知识、数据双驱动搭建深度学习网络算法，将处理后的心电信号、脑电信号、呼吸信号、步态信息数据输入到网络模型中，识别mci潜在危险因素，结合先验知识，如先验假设、逻辑规则和方程公式等知识，检测轻度认知障碍。图6显示了轻度认知障碍评估模型框架结构。
[0076]
4.健康干预：基于设计思维(design thinking)理念，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，使用虚拟设备和传感器，融入“怀旧”元素搭建多模块管理平台，如康复训练模块、教育学习模块等功能模块，对轻度认知障碍人群进行干预，遵循轻度认知障碍渐进过程，自动在功能模块上对训练内容、强度、频次上校正干预计划，以预防或减缓轻度认知障碍的发展。轻度认知障碍健康干预平台框架如图7所示。
[0077]
5.干预效果反馈：将历史监测数据与标准正常范围的数据相结合，以在正常模式下生成个体生命体征范围，并且将根据个人认知的变化在微观水平上定期进行校准，将对轻度认知障碍患者进行健康干预的综合指标结果反馈给用户，观察干预期间和干预后对疾病的影响。
[0078]
本发明的关键点和欲保护点为：
[0079]
1.一种“适老化”轻度认知障碍筛查及干预系统，包含传感模块、轻度认知障碍评估模块、轻度认知障碍干预模块。系统融入了“适老化”元素，设计虚拟现实“怀旧”场景，满足了老年护理任务和科技之间的契合度；使用客观生理信号对轻度认知障碍进行检测，形成了评估-监测-干预-反馈一体化的轻度认知障碍闭环监测干预体系。
[0080]
2.传感模块，包含脑电传感器、心电传感器、惯性传感器，分别采集脑电信号、心电信号、呼吸信号、步态信息等数据。
[0081]
3.轻度认知障碍评估模块，基于采集的客观生理信号，结合先验知识，通过知识与数据双轮驱动，构建深度学习算法模型，深入挖掘多源数据，识别mci潜在危险因素，实现对轻度认知障碍的有效检测评估。
[0082]
4.轻度认知障碍干预模块，遵循人机交互设计理念，以设计思维为理论支撑，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，以虚拟现实和传感技术为科技手段，从设计形式及内容上实现“适老化”改造的目的。
[0083]
5.轻度认知障碍干预模块中的康复锻炼模块，开发多个认知和身体功能锻炼游戏。这些游戏的设计将基于循证练习和先前关于mci治疗研究。此外，在设计过程中将融入“怀旧”疗法元素，让患者能够自主选择符合其年代感的场景进行训练。
[0084]
与现有技术相比，本发明的优点为：
[0085]
与现有技术相比，本发明建立以客观生理信号为导向的筛查手段，可持续性成体系地评估、监测、干预、反馈轻度认知障碍，形成闭环监测干预系统；在功能模块中融入了“适老化”元素，设计虚拟现实“怀旧”场景，满足了老年护理任务和科技之间的契合度，实现适合老年人的个性化健康检测和管理，增强了个体自我健康管理的能力。
[0086]
本发明经过实验、模拟、使用而证明可行，在统计机器学习算法研究方面，项目组以惯性传感器数据为基础利用大数据分析技术开发了一系列评估模型和预测方法，包括基于siamese深度网络的平衡能力精准评估模型、基于多源数据融合和广义线性模型的远程健康监测系统、基于动作识别技术、信号频谱分析和特征提取的跌倒风险评估模型等。
[0087]
在系统开发与实践领域，项目组通过使用可穿戴设备、惰性传感器、健康信息一体机等设备构建针对社区长者的个性化健康监督系统，把在健康监测与管理中提出的理论方法转化到健康老龄化的实际应用中，比如团队与深圳等城市的多家社区养老机构合作，结合监测算法、传感器和系统原型，设计长期跟踪实验；在过去3年与多家养老中心和医院开展试点研究中，收集个人体征信号连续数据规模达500人以上，把所提出的健康监测算法和风险评估模型用实际数据验证，发现准确率优于传统方法。
[0088]
本发明的变更设计(替代方案)及其它用途为：
[0089]
本发明所提出的评估干预系统不限于运用到轻度认知障碍中，也可运用在阿尔兹海默症等精神类疾病的评估及干预上。
[0090]
实施例2
[0091]
一种存储介质，存储介质存储有能够实现上述任意一项适老化轻度认知障碍筛查及干预方法的程序文件。
[0092]
实施例3
[0093]
一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法。
[0094]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0095]
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0096]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0097]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0098]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0099]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0100]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种适老化轻度认知障碍筛查及干预方法，其特征在于，包括以下步骤：s100:使用传感技术采集心电、脑电、呼吸、步态客观生理信号；s200:通过数据驱动和知识引导相结合搭建深度学习网络算法，对采集的客观生理信号进行轻度认知障碍的有效检测评估获得检测评估结果；s300:结合设计思维理念、康复医疗专业知识，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，并根据获得的检测评估结果对轻度认知障碍人群进行干预。2.根据权利要求1所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：s150:对采集的客观生理信号进行预处理，滤除由于人体呼吸运动引起的基线漂移干扰。3.根据权利要求1所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：s400:对轻度认知障碍人群进行干预后的干预效果进行反馈。4.根据权利要求1所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法，其特征在于，步骤s100包括：使用心电传感器进行心电信号的采集；使用脑电传感器进行脑电信号采集；呼吸信号从心电信号中分离，通过小波去噪、提取r波位置和振幅、插值得到波形曲线后独立显示；使用惯性传感器采集步态数据。5.根据权利要求1所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法，其特征在于，步骤s200包括：基于知识、数据双驱动搭建深度学习网络算法，将处理后的心电信号、脑电信号、呼吸信号、步态信息数据输入到网络模型中，识别mci潜在危险因素，结合先验知识，检测轻度认知障碍。6.根据权利要求1所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法，其特征在于，步骤s300包括：基于设计思维理念，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，使用虚拟设备和传感器，融入“怀旧”元素搭建多模块管理平台，对轻度认知障碍人群进行干预，遵循轻度认知障碍渐进过程，自动在功能模块上对训练内容、强度、频次上校正干预计划。7.根据权利要求3所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预方法，其特征在于，步骤s400包括：将历史监测数据与标准正常范围的数据相结合，在正常模式下生成个体生命体征范围，并且将根据个人认知的变化在微观水平上定期进行校准，将对轻度认知障碍患者进行健康干预的综合指标结果反馈给用户。8.一种适老化轻度认知障碍筛查及干预系统，其特征在于，包括：传感模块，用于使用传感技术采集心电、脑电、呼吸、步态客观生理信号；轻度认知障碍评估模块，用于通过数据驱动和知识引导相结合搭建深度学习网络算法，对采集的客观生理信号进行轻度认知障碍的有效检测评估获得检测评估结果；
轻度认知障碍干预模块，用于结合设计思维理念、康复医疗专业知识，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，并根据获得的检测评估结果对轻度认知障碍人群进行干预。9.根据权利要求8所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预系统，其特征在于，所述系统还包括：数据预处理模块，用于对采集的客观生理信号进行预处理，滤除由于人体呼吸运动引起的基线漂移干扰。10.根据权利要求8所述的适老化轻度认知障碍筛查及干预系统，其特征在于，所述系统还包括：干预效果反馈模块，用于对轻度认知障碍人群进行干预后的干预效果进行反馈。

技术总结
本发明涉及生物医学工程领域，具体涉及一种适老化轻度认知障碍筛查及干预方法及系统。该方法及系统使用传感技术采集心电、脑电、呼吸、步态客观生理信号；通过数据驱动和知识引导相结合搭建深度学习网络算法，对采集的客观生理信号进行轻度认知障碍的有效检测评估获得检测评估结果；结合设计思维理念、康复医疗专业知识，通过“共情-定义-构思-原型-测试”闭环设计，并根据获得的检测评估结果对轻度认知障碍人群进行干预。本发明构建了一套功能齐全的轻度认知障碍筛查及干预方法及系统，从设计形式到内容上实现“适老化”，形成评估-干预-反馈一体化的闭环体系，以此来预防或延缓痴呆，避免病情恶化，从而降低社会和个人的医疗成本和负担。和负担。和负担。


技术研发人员：苗芬 王海梁 吴思颖 刘增丁 李烨
受保护的技术使用者：深圳先进技术研究院
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/22