基于VR的帕金森病轻度认知障碍的诊断康复系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于VR的帕金森病轻度认知障碍的诊断康复系统及方法，系统包括用户端、VR设备、VR设备控制模块、外带装置感应器以及中央处理器；所述VR设备控制模块与外带装置感应器通信连接，所述中央处理器分别与VR设备控制模块、外带装置感应器以及用户端通信连接；所述VR设备控制模块用于向VR设备提供营造虚拟场景、人物，进行认知行为治疗；所述外带装置感应器用于监测、记录患者运动状态、运动信息以及交互数据；所述中央处理器用于评估、分析患者的病情，制订训练康复方案，记录各项数据，并控制康复系统整体的工作。本发明通过创建虚拟场景，让患者在虚拟场景中进行训练，对训练数据进行分析，从而实时掌握患者的状态。

说明书

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，具体涉及一种基于VR的帕金森病轻度认知障碍的诊断康复系统及方法。

背景技术

帕金森病认知障碍明显降低帕金森病患者的生活质量，已经成为病人及其家属最大的困扰之一，其中，约20％-50％帕金森病患者患有轻度认知障碍，约80％帕金森病患者最终发展为帕金森病痴呆。

目前，帕金森病认知障碍的诊断和认知状态的评估需要由专业人员采用一系列量表评分，最后通过量表得分对患者进行评估。然而，时间和空间上的限制给患者病情随访和追踪带来很大不便。同时，评估环境以及评估人员自身专业水平的不同会影响评估结果的准确性和一致性，并且完成一套全面的认知评估流程费时费力，增加医生负担。

目前针对帕金森病认知障碍的非药物治疗研究中，认知训练和体育锻炼或物理疗法是研究最多的两种治疗方法，并且大多数研究结果显示了程度不一的有效性。国内外已有研究证实纸笔认知训练或基于计算机的认知训练可以改善PD患者抑郁、焦虑等不良情绪以及提高患者日常生活认知和活动能力，表明认知训练可能有潜在改善PD患者认知功能的潜在益处。

同时，结合VR的认知康复训练则不像传统的认知训练那样局限于专业的医疗人员或者治疗人士，治疗对象也不局限于一对一的服务，相比目前的纸笔或者单纯的计算机辅助的认知训练，VR结合计算机的场景更加多维及逼真，患者可以在多样性的场景中进行全方面的认知能力评估和针对性训练，从而获得全面的认知评估和有针对性的认知训练。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出基于VR的帕金森病轻度认知障碍的诊断康复系统及方法，通过创建虚拟场景，让患者在虚拟场景中进行训练，降低训练的可获取性，丰富训练的内容及场景，并且使用预设的人体认知模型对训练数据进行分析，从而实时掌握患者的状态。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于VR的帕金森病轻度认知障碍的诊断康复系统，包括用户端、VR设备、VR设备控制模块、外带装置感应器以及中央处理器；所述VR设备控制模块与外带装置感应器通信连接，所述中央处理器分别与VR设备控制模块、外带装置感应器以及用户端通信连接；

所述VR设备控制模块用于控制VR设备，向VR设备提供营造虚拟场景、人物，进行认知行为治疗；

所述外带装置感应器用于监测、记录患者运动状态、运动信息以及交互数据，帮助患者进行人机交互；

所述中央处理器用于评估、分析患者的病情，制订训练康复方案，记录各项数据，并控制康复系统整体的工作。

进一步的，所述VR设备控制模块具体包括场景虚拟模块、虚拟人模块以及人机交互模块；

所述场景虚拟模块用于提供多维虚拟场景，营造沉浸式交互环境；

所述虚拟人模块用于提供交互的虚拟人物角色，设置虚拟场景故事中人物的密度、出现时间、人物关系以及行为，设置虚拟人物的各向属性，选择作为评估者或训练师角色；

所述人机交互模块用于进行语言人机交互和操作人机交互。

进一步的，所述人机交互模块具体包括语言交互模块以及操作交互模块；

所述语言交互模块，用于在VR设备接收到患者语音后，通过语音识别将语音转换为文本，保留语速、音量以及停顿特征信息，从文本中理解用户意图，并通过对话管理决策接下来的动作，更新对话状态，最后将决策后的动作生成为回复给用户的文本，通过语音合成将回复给用户的文本转换为语音，完成一次语言交互；

所述操作交互模块，用于在外带装置感应器采集到患者的操作信息后，将操作信息上传至中央处理器，中央处理器处理患者才做信息。

进一步的，所述中央处理器具体包括评估模块、分析模块、决策模块、训练模块以及存储模块；

所述评估模块用于评估和获取认知样本数据及对应的标签，并基于所述认知样本数据提取认知样本特征向量；

所述分析模块用于将所述认知样本特征向量及对应的标签对患者的运动功能和认知功能进行评估，获得用户的认知损伤和运动功能评估报告，并将本次训练后评估的报告和上次评分进行比较分析，得到患者病情变化趋势；

所述决策模块用于基于得到的用户评估报告，制定相应的认知行为疗法方案；

所述训练模块用于执行决策模块制定的训练方案，与VR设备控制模块进行交互联动；

所述存储模块用于储存患者的历史评估、分析、决策以及训练记录数据。

进一步的，所述用户端包括患者用户端和医生用户端，所述患者用户端用于患者及其家属实时查看病情并与医生进行交流，所述医生用户端用于与患者进行交流，管理患者数据，根据情况调整患者治疗方案；

所述中央处理器还包括警报模块，用于实时监测患者是否发生异常，异常时，向患者用户端和医生用户端发送警报。

进一步的，所述外部感应装置包括头部以及四肢的感应环，患者通过感应环与VR设备进行操作人机交互。

本发明还包括基于提供的诊断康复系统的诊断康复方法，包括以下步骤：

患者佩戴并启动VR设备、外部装置感应器，设置VR设备的语言；

进行评估前放松，在评估前由患者选择音乐和虚拟场景画面，场景虚拟模块营造出相应的虚拟场景，帮助患者进行放松，提高后续评估的准确性和康复的疗效；

认知评估与运动评估，通过VR设备，对用户进行认知评估测验；VR设备向患者发出进行特定运动的提示，患者跟随指导进行特定运动，外部装置感应器收集患者运动信息，评估模块和分析模块根据认知评估测验和运动信息得出患者状态指数；

制定康复治疗方案，根据评估测验的结果，决策模块制定相应的认知治疗方案；

进行康复治疗，训练模块执行策略模块制定特定认知域的治疗方案，通过VR设备对用户进行康复治疗；

治疗后评估，当一次治疗疗程结束后，评估模块再次结合采集数据对用户进行认知评估和运动评估，中央处理器分析模块结合患者历史治疗记录，分析得出病情好转或平稳或加重的结论，并将结论上传至用户端，策略模块根据结论进行治疗方案调整。

进一步的，所述认知评估根据MDS轻度认知障碍诊断标准按照量表的评估方案执行；

所述认知评估测验具体包括全面认知功能测验、注意力及工作记忆、执行功能、语言、记忆力以及视空间能力，其中，全面认知功能测验为必须完成的测验，注意力及工作记忆、执行功能、语言、记忆力以及视空间能力随机完成其中两项。

进一步的，所述制定康复治疗方案具体为：

所述注意力及工作记忆、执行功能、语言、记忆力以及视空间能力五项认知域中，每项各两项测试，共十项测试，超过两项测试异常即诊断为轻度认知障碍，并根据每一认知域测试结果评估患者具体哪一认知域受损及受损程度，进而决策模块根据患者特定的认知域制定相应认知域的治疗方案。

进一步的，所述状态指数用于确定所述患者的整体认知和运动功能，具体为：

当状态指数小于预设阈值时，则确定患者的状态为差；

当状态指数等于预设阈值时，则确定患者的状态为良；

当状态指数大于预设阈值时，则确定患者的状态为优。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明对于患者而言，通过创建虚拟场景，让患者在虚拟场景中进行训练，降低了认知康复训练的获取成本，使患者不受时间及空间的限制，大大提高了诊疗的便捷性，丰富了训练的内容及场景，使患者可得到系统全面的治疗。

2、本发明对于医务工作者而言，使用预设的人体认知模型对训练数据进行分析，从而可以实时掌握患者的状态，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明，基于VR的帕金森病轻度认知障碍的诊断康复系统，包括用户端、VR设备、VR设备控制模块、外带装置感应器以及中央处理器；所述VR设备控制模块与外带装置感应器通信连接，所述中央处理器分别与VR设备控制模块、外带装置感应器以及用户端通信连接；

所述VR设备控制模块用于控制VR设备，向VR设备提供营造虚拟场景、人物，进行认知行为治疗；

所述外带装置感应器用于监测、记录患者运动状态、运动信息以及交互数据，帮助患者进行人机交互；

所述中央处理器用于评估、分析患者的病情，制订训练康复方案，记录各项数据，并控制康复系统整体的工作。

在本实施例中，所述用户端包括患者用户端和医生用户端，患者用户通过登录、注册，保障自己的隐私安全，并可实时掌握自己的病情，也可在用户端与自己的主治医生交流；医生通过用户掌握患者病情的变化，管理患者数据，根据需要调整患者的治疗方式。

在本实施例中，所述外带感应装置包括头部以及四肢的感应环，感应环可放大或者缩小，满足不同部位的体积要求，用于检测患者肢体的运动速度、位置和震颤频率、幅度等，获得患者的运动信号；该装置与VR设备交互，帮助患者实现人机操作交互。

在本实施例中，所述VR设备控制模块具体包括场景虚拟模块、虚拟人模块以及人机交互模块；

所述场景虚拟模块用于提供多维虚拟场景，如“高山”、“流水”等，营造沉浸式交互环境；

所述虚拟人模块用于提供交互的虚拟人物角色，设置虚拟场景故事中人物的密度、出现时间、人物关系以及行为，设置虚拟人物的各向属性，用户可选择性别、服装颜色等，充当评估者和训练师的角色，拉近与用户的距离，提高用户使用的真实感。

所述人机交互模块用于进行语言人机交互和操作人机交互，具体包括语言交互模块以及操作交互模块；

具体包括语言交互模块以及操作交互模块；

所述语言交互模块，用于在VR设备接收到患者语音后，通过语音识别将语音转换为文本，保留语速、音量以及停顿特征信息，从文本中理解用户意图，并通过对话管理决策接下来的动作，更新对话状态，最后将决策后的动作生成为回复给用户的文本，通过语音合成将回复给用户的文本转换为语音，完成一次语言交互；

所述操作交互模块，用于在外带装置感应器采集到患者的操作信息后，将操作信息上传至中央处理器，中央处理器处理患者才做信息。

在本实施例中，所述中央处理器包括评估模块、分析模块、决策模块、训练模块、存储模块以及警报模块；

所述评估模块用于评估和获取认知样本数据及对应的标签，并基于所述认知样本数据提取认知样本特征向量；

所述分析模块用于将所述认知样本特征向量及对应的标签对患者的运动功能和认知功能进行评估，获得用户的认知损伤和运动功能评估报告，并将本次训练后评估的报告和上次评分进行比较分析，得到患者病情变化趋势；

所述决策模块用于基于得到的用户评估报告，制定相应的认知行为疗法方案。

所述训练模块用于执行决策模块制定的训练方案，与VR设备控制模块进行交互联动，进行康复治疗；

所述存储模块用于储存患者的历史评估、分析、决策、训练记录数据以及用户与医生交流的记录，并且储存了各类帕金森病认知评估量表以及认知行为疗法方案。

所述警报模块用于实时监测患者是否发生异常，异常时向用户端发送警报。

本发明还提供了基于上述实施例的诊断康复方法，方法包括以下步骤：

S1、患者佩戴并启动VR设备、外部装置感应器，设置VR设备的语言；

在本实施例中，所述VR设备的语言可选择普通话、粤语、闽南语、藏语等方言和英语、法语、西班牙语等国际语言。

S2、进行评估前放松，在评估前由患者选择音乐和虚拟场景画面，场景虚拟模块营造出相应的虚拟场景，帮助患者进行放松，提高后续评估的准确性和康复的疗效，具体为：

场景虚拟模块在评估或者训练前半小时由用户选择轻音乐和“高山”、“流水”等场景画面，让用户彻底放松，提高后续评估的准确性和康复的疗效。

S3、认知评估与运动评估，具体为：

通过VR设备，对用户进行认知评估测验；VR设备向患者发出进行特定运动的提示，患者跟随指导进行特定运动，外部装置感应器收集患者运动信息，评估模块和分析模块根据认知评估测验和运动信息得出患者状态指数；

所述状态指数用于确定所述患者的整体认知和运动功能，具体为：

当状态指数小于预设阈值时，则确定患者的状态为差；

当状态指数等于预设阈值时，则确定患者的状态为良；

当状态指数大于预设阈值时，则确定患者的状态为优。

在本实施例中，所述认知评估根据MDS轻度认知障碍诊断标准按照量表的评估方案执行；

在本实施例中，所述认知评估测验具体包括全面认知功能测验(MoCA、PD-CRS、SCOPA-COG、MDRS、MMSE)、注意力及工作记忆(WAIS-IV字母数字排序、WAIS-IV编码、连线测验A、数字广度倒推和数字排序、字色干扰测验)、执行功能(威斯康辛卡片分类测验、伦敦塔测验、语言流畅性测验)、语言(WAIS-IV相似测验、对立命名任务)、记忆力(Rey听觉词语学习测验、霍普金斯词语学习测验、韦氏记忆量表唱Ⅳ逻辑记忆分测验、BVMT-R)以及视空间能力(Benton直线定向判断、Hooper视觉组织测验、时钟复制)，其中，全面认知功能测验为必须完成的测验，注意力及工作记忆、执行功能、语言、记忆力以及视空间能力随机完成每一认知域中的两项测试；

在本实施例中，进行认知评估测验时，所述注意力及工作记忆、执行功能、语言、记忆力以及视空间能力五项认知域中，每项各两项测试，共十项测试，超过两项测试异常即诊断为轻度认知障碍，并根据每一认知域测试结果评估患者具体哪一认知域受损及受损程度，进而决策模块根据患者特定的认知域制定相应认知域的治疗方案。

在本实施例中，所述运动评估具体为VR设备向患者发出进行简单运动的提示，患者跟随指导进行简单运动，简单运动包括双手轮替动作、捏指动作、手掌运动、前臂回旋运动、脚趾拍地运动等，测试前VR设备内会产生虚拟人物进行示范，并提出动作完成的要求。

S4、制定康复治疗方案，根据评估报告，策略模块制定相应的治疗方案；

S5、进行康复治疗，训练模块执行策略模块制定的治疗方案，通过VR设备对用户进行康复治疗；

S6、治疗后评估，当一次治疗疗程结束后，评估模块再次结合采集数据对用户进行认知评估和运动评估，中央处理器分析模块结合患者历史治疗记录，分析得出病情“好转”或者“平稳”或者“加重”的结论，并将结论上传至用户端，策略模块根据结论进行治疗方案调整。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。