一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统技术方案

技术编号:19697719 阅读:21 留言:0更新日期:2018-12-08 12:43
本发明专利技术公开了一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,它主要包括两个部分:一个是数据采集部分,以智能手机为载体,采集用户操作手机的行为数据;另一个是数据分析部分,用于通过已训练好的不同脑神经系统疾病数据的分类器模型处理分析采集到的用户行为数据,进而,基于分类结果给出测试用户可能存在的脑神经系统疾病的风险。该系统提供了一种自然方便的疾病检查方式,只需要利用手机自身提供的传感器及API就能够对脑神经系统疾病进行检查。相比于昂贵专业的医疗设备的检查,这种方式成本大为降低,且可随时随地进行检测,并为疾病检查融入日常手机操作提供方法支持。

【技术实现步骤摘要】
一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统
本专利技术属于人机交互和健康监护领域,具体涉及到一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统。
技术介绍
随着技术的不断发展以及手机市场的兴盛,智能手机的普及率越来越高。数据显示,中国智能手机的普及率已经超过70%,并且该数字在持续上升。同时,由于智能手机的设计越来越科学合理,老年人使用智能手机的比例也在逐年增加。因此,针对于老年人的手机端健康检测成为可能。中国老年人口数量巨大,截至2014年,中国60岁及以上老年人口达到2.12亿,占总人口的15.5%。人在进入老年期后,脑神经系统机能呈下降趋势,由于自然衰退或者疾病所引发的如帕金森病、阿尔兹海默症等是影响老年人脑神经系统的最常见的病症。这些病症不仅会影响到正常的肢体活动,还会影响到认知功能,对日常生活造成极大的不便。如果对此类疾病早期发现和治疗,能够有效的缓解控制疾病的发展。神经系统疾病不仅可以通过fMRI等方法分析脑区病变检查出来,还可以通过对行为的观测进行检查。前者方式昂贵且需要在医院进行,并要求医生的专业判断;而后者方法简单,无需专业的采集设备,容易实施,可在日常生活中进行。如帕金森病,有四种主要的症状:颤动、肌肉僵直、动作迟缓和姿态不稳定。这些症状使得患病者与非患病者在对手机的操作过程中有所不同,因而可以通过一些特定的采集方式将二者区分开来。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,利用用户对手机的不同类型的操作数据对老年人高发脑神经系统疾病进行辅助检测和预警。为了实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,包括:数据采集模块,用于通过智能手机采集用户进行指定操作时产生的行为数据,所述指定操作包括双指交替按键、拨号以及画线;模型训练模块,用于对采集到的用户行为数据进行训练,得到不同脑神经系统疾病数据的分类器模型;数据分析模块,用于通过已训练好的不同脑神经系统疾病数据的分类器模型对待检测的用户行为数据进行分类,将分类结果作为脑神经系统疾病的辅助检测结果。进一步地,所述拨号为用户按照要求的号码进行拨号或回想记忆中的号码进行拨号;所述画线为用户用笔描摹不同的几何图形,包括但不限于三角形、矩形、圆形等。优选同时描摹三角形、矩形和圆形这三种图形。进一步地,用户进行双指交替按键时,所述数据采集模块采集的行为数据包括:包括左右两个按键的按下时间点、抬起时间点、按键位置、抬起位置、手指与屏幕接触面积、按键压力等。进一步地,用户进行拔号时,所述数据采集模块采集的行为数据包括:按键数字和位置、按下时间、抬起时间、抬起位置、手指与屏幕接触面积、按键压力等。进一步地,用户进行画线时,所述数据采集模块采集的行为数据包括:画线采样点的位置、手指与屏幕的接触面积、按键压力和采样点记录的时间点等。进一步地,所述数据采集模块还用于采集来自智能手机的陀螺仪、加速计传感器的数据,以得到手机的运动情况。进一步地,上述系统还包括数据预处理模块,用于对采集到的用户行为数据进行预处理,选择提取出主要特征分量,所述预处理包括:标准化处理,得到均值为0,标准差为1的服从标准正态分布的数据,以及降维处理,将原始数据特征转变为线性无关的表示。进一步地,用户进行双指交替按键时,从用户行为数据中选择提取的主要特征包括:屏幕点击总次数,单个按键按下时间均值和方差,左右按键按下时间间隔均值和方差,左右按键按下时离按键位置中心的距离方差,按下动作到抬起之间发生偏移距离的均值和方差,左右轮替过程中的错误率,还未抬起一个按键就按下另一个按键的错误率、0-1标准化后的接触面积方差;用户进行拔号时,从用户行为数据中选择提取的主要特征包括:按键错误次数(按键次数减去标准次数),共花费时间,单次按键的时间均值和方差,按下动作到抬起之间发生偏移的距离均值和方差,拨号测试过程的完成率,0-1标准化后手指与屏幕接触面积方差;用户进行画线时,从用户行为数据中选择提取的主要特征包括:2阶和3阶曲率,曲率的均值和方差,以及将2、3阶曲率做快速傅里叶变换后,选取的若干幅值最大的频率。进一步地,所述不同脑神经系统疾病数据的分类器模型通过以下方法训练得到:首先通过智能手机采集日常状态下的人群行为数据作为训练集,然后采用监督学习的分类算法,将被采集人群的磁共振(MRI)检查结果作为分类标签,对这些具有不同标签类型的用户进行分类。当有未知标签的用户进行检测时,将采集到的用户行为数据进行预处理(即归一化处理、特征提取和选择)得到对应的特征向量,将上述特征向量放入已训练好的分类器模型中进行分类,通过分类结果来给出测试用户可能存在的脑神经系统疾病的风险。本专利技术的优点如下:1、提供了一种自然方便的脑神经系统疾病监测方式。智能手机作为老年用户中越来越普及的使用设备,在不需要添加额外硬件设备的基础上,只需要利用手机自身提供的传感器及API(应用编程接口,ApplicationProgrammingInterface)就能够对脑神经系统疾病进行检查。2、相比于昂贵专业的医疗设备的检查,这种方式成本大为降低,且可随时随地进行检测,可作为日常生活中脑神经系统功能风险提示的解决方案。3、为脑神经系统疾病检查融入日常手机操作提供方法支持。本专利技术设置的三种测试任务是将医学诊断方法和日常手机操作进行了结合,用户在日常生活中便能进行,而不需要在医生或专业人员的监督下进行,而且这三种手机测试任务本身对用户来讲是简单的,这使得用户对测试任务的接受度较为容易。这种显式的检查方式可以成功分类的基础上,可以将其融入到日常的隐式的手机操作中,使得用户在正常使用手机的过程中,非干扰地、非主动地在后台采集并分析用户的行为数据。4、机器学习中所使用的特征是结合医生宏观的诊断方法并经过对用户运动和认知状态的精确量化而提取的,轻度的认知和运动障碍是通过肉眼难以观察的,一些细微的特征数据如运动过程的轻微不稳定或抖动,认知过程中的轻微迟缓等也是医生观察所做不到的,从而,传统的医学量表检查不能做到对上述轻微现象的收集。因此,本专利技术比传统的医学量表检查的准确度提高很多。附图说明图1本专利技术整体技术架构图。图2本专利技术双指交替按键测试界面示意图。图3本专利技术拨号测试界面示意图。图4本专利技术画线测试界面示意图,其中(a)原图形为矩形;(b)原图形为三角形;(c)原图形为圆形。具体实施方式本专利技术的整体技术架构如图1所示,主要包括两个部分:一个是数据采集部分,以智能手机为载体,通过双指交替按键、拨号、画线三个测试任务以及智能手机的陀螺仪、加速计传感器采集用户操作手机的行为数据;另一个是数据分析部分,用于通过已训练好的分类器处理分析采集到的用户行为数据,基于分类结果来给出测试用户可能存在的脑神经系统疾病的风险。一、数据采集测试任务1:双指交替按键该项测试用于检测用户的运动节律,如图2所示。用户非利手握住手机,利手分别使用食指和中指按照“左右左右”的交替顺序在屏幕上进行点击操作,该测试的持续时间为10秒。对于有运动功能障碍的用户而言,相比于正常使用者,其按键行为可能会出现手指轮换比较缓慢,手指交替时出现粘滞现象,单指多次重复按键,按键时出现抖动,按键力度不均匀,甚至不能做出交替按键动作等表现。用户进行测试时的屏幕数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,包括:数据采集模块,用于通过智能手机采集用户进行指定操作时产生的行为数据,所述指定操作包括双指交替按键、拨号以及画线;模型训练模块,用于对采集到的用户行为数据进行训练,得到不同脑神经系统疾病数据的分类器模型;数据分析模块,用于通过已训练好的不同脑神经系统疾病数据的分类器模型对待检测的用户行为数据进行分类,将分类结果作为脑神经系统疾病的辅助检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,包括:数据采集模块,用于通过智能手机采集用户进行指定操作时产生的行为数据,所述指定操作包括双指交替按键、拨号以及画线;模型训练模块,用于对采集到的用户行为数据进行训练,得到不同脑神经系统疾病数据的分类器模型;数据分析模块,用于通过已训练好的不同脑神经系统疾病数据的分类器模型对待检测的用户行为数据进行分类,将分类结果作为脑神经系统疾病的辅助检测结果。2.如权利要求1所述的一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,其特征在于,所述拨号为用户按照要求的号码进行拨号或回想记忆中的号码进行拨号。3.如权利要求1所述的一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,其特征在于,所述画线为用户用笔描摹不同的几何图形。4.如权利要求1所述的一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,其特征在于,用户进行双指交替按键时,所述数据采集模块采集的行为数据包括:包括左右两个按键的按下时间点、抬起时间点、按键位置、抬起位置、手指与屏幕接触面积、按键压力。5.如权利要求1所述的一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,其特征在于,用户进行拔号时,所述数据采集模块采集的行为数据包括:按键数字和位置、按下时间、抬起时间、抬起位置、手指与屏幕接触面积、按键压力。6.如权利要求1所述的一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,其特征在于,用户进行画线时,所述数据采集模块采集的行为数据包括:画线采样点的位置、手指与屏幕的接触面积、按键压力和采样点记录的时间点。7.如权利要求1所述的一种脑神经系统疾病的手机辅助检测系统,其特征在于,所述数据采集模块还用于采集来自智能手机的陀螺仪、加...

【专利技术属性】
技术研发人员:田丰韩冬奇王宏安朱以诚
申请(专利权)人:中国科学院软件研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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