CN111739374A - 基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统。该系统基于虚拟现实技术，采用开放式的增强现实智能眼镜作为虚拟测试任务呈现的载体，利用万向跑台实现在虚拟环境与真实环境中的同步移动，提高了系统的虚拟现实沉浸感及舒适安全性，能够对阿尔兹海默病患者进行康复训练，也能够对该病临床前期的高风险人群进行筛查，实现对阿尔兹海默病早筛查、早干预。

Description

基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统

技术领域

本发明涉及阿尔兹海默病技术领域，尤其涉及基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统。

背景技术

阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease，AD)，俗称老年痴呆症，是一种以进行性认知功能障碍为主要临床特征的神经退行性疾病，是老年人失智失能的主要原因，也是老龄人口中患病率最高的疾病之一。目前，临床上并无针对AD治疗的有效药物，国内外学者一致认为AD的早诊断、早干预尤为重要。AD进展一般分为没有明显症状的临床前期、以记忆损害为特质的轻度认知功能障碍期(MCI)及痴呆期。传统的诊断筛查方法多采用神经心理学量表，但其效果并不理想，且难以筛查出临床前期阶段具有高AD转化风险的患者。

虚拟现实(Virtual Reality，VR)作为一种新兴的先进技术，其可以提供一个完全受控的实验环境，便于实时观察用户的记忆力、情绪、知觉等且可以实现运动控制。目前，虚拟现实已越来越多的被应用于AD的辅助筛查、认知训练及照顾者支持等方面。

公开号为CN110603550A的专利文献公开了一种认知治疗诊断平台，该平台提供了两种类型的虚拟导航任务，其中任务一要求用户依靠非自我中心导航能力来完成，任务二要求用户依靠自我中心导航能力来完成，通过用户在两种任务中的表现差异产生对个体认知能力的指示。该平台虽然对早期认知障碍患者的诊断筛查有一定效果，但整个平台侧重于软件层面，硬件系统的实现形式并不明确，将导致诊断筛查的力度有限，例如：该虚拟测试任务的实现载体如果为智能手机，便可以满足所述平台硬件要求，但却难以产生身临其境的沉浸体验。再如，VR头盔也可以满足平台硬件要求，但当用户执行导航测试任务时，有限的现实空间难以满足用户在虚拟现实中同步移动的要求。此外，该平台缺少虚拟现实系统沉浸感。

公开号为CN201811188492.6的专利文献公开了一种认知能力评估系统及方法，该系统主要包括认知任务执行控制单元、数据单元及评估单元。该方法采用与电脑有线连接的头戴显示设备或与手机连接的VR头盔向用户提供虚拟超市测试任务，通过虚拟现实手柄实现人机交互；将得到的测试数据传送至数据单元进行存储，并采用深度学习技术对用户的认知功能进行评估，进而测试受测者的认知能力。该方法主要是通过测试用户的执行能力、记忆能力、运算能力及视觉空间能力进行评估，对有明显的认知障碍症状患者的检测筛查有效，但难以筛查无明显症状的临床前期的高AD转化风险的患者，不利于AD的早干预、早治疗。另外，该系统采用沉浸式头盔作为虚拟任务显示的载体，头盔重量大且视野封闭，佩戴的舒适性及安全性较差。此外，该系统硬件方面并未集成化，采用有线连接导致系统的使用场所及用户的行动受限。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，具有虚拟现实沉浸感并且舒适安全，能够对AD转化风险人群进行筛查，实现早筛查、早干预，也能够对AD患者进行康复训练。

为了实现上述技术目的，本发明在基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查系统中采用开放式的增强现实智能眼镜作为虚拟测试任务呈现的载体，采用万向跑台实现在虚拟环境与真实环境中的同步移动，有效提高了系统的虚拟现实沉浸感，提高了AD转化风险人群筛查以及AD患者进行康复训练的智能化、趣味化。

即，本发明的技术方案为：基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，包括任务控制单元及信息处理单元；

任务控制单元用于为用户提供在虚拟现实环境中执行的虚拟测试任务，并得到用户执行虚拟测试任务的任务表现数据；

信息处理单元用于存储、提取用户执行虚拟测试任务的任务表现数据，并分析、处理，以及对用户的AD转化风险做出评估；

任务控制单元包括人机交互模块与任务执行模块；

人机交互模块用于根据任务执行模块的虚拟测试任务类型提供相应的虚拟环境，识别用户操作并生成任务表现数据；

任务执行模块用于为用户提供预设的虚拟测试任务；

其特征是：人机交互模块包括开放式的增强现实智能眼镜与万向跑台；

开放式的增强现实智能眼镜作为虚拟测试任务呈现的载体；

万向跑台为用户脚下提供一个力场，通过控制力场并配合机械结构模拟虚拟测试任务场景。

作为优选，任务控制单元还包括感觉反馈模块，用于用户执行虚拟测试任务时提供视觉反馈、触觉反馈、力觉反馈中的一种或者几种，引导用户顺利完成虚拟测试任务。作为进一步优选，感觉反馈模块包括视觉、触觉、力觉中的一种或者几种传感器，以及用于操控的硬件设备虚拟现实手柄(VR手柄)。作为优选，所述VR手柄带有位置传感器。

开放式的增强现实智能眼镜具有高的视野范围及显示分辨率，并具有光学传感器、加速度传感器、陀螺仪、磁力计、位置传感器等中的一种或多种。作为优选，开放式的增强现实智能眼镜的视角不小于23°、屏幕分辨率不小于1280*720。

基于AD患者空间导航能力的损伤机制，作为一种实现方式，测试任务主要用于测试空间导航能力，包括自我空间导航能力与环境空间导航能力，根据对用户的空间导航能力测试得到用户的AD转化风险，具有较高可靠性。为了提高易操作性与趣味性，作为一种实现方式，如图2所示，虚拟测试任务包括虚拟环境界面、虚拟智能体、参考地图、功能按键及任务逻辑。

虚拟环境界面不限，例如可以以森林公园、海洋公园或其它基于日常生活的室外休闲娱乐场地为设计题材。

虚拟智能体不限，可以是虚拟三维人物形象或者与虚拟环境相匹配的虚拟智能体，例如三维虚拟船体、三维虚拟动物等。

参考地图为整个虚拟环境的全局地图，供用户在虚拟环境中完成虚拟测试任务过程提供地理位置参考。

功能按键用于控制虚拟测试任务开始、暂停、结束等，包括开始按键、暂停按键、结束按键、时间进度条及任务成绩等。

任务逻辑是使虚拟智能体完成指定虚拟测试任务的方法，可以为虚拟智能体按规定顺序到达指定虚拟环境标记地点、辨别方位等任务。

作为一种实现方式，信息处理单元包括信息提取模块、信息存储模块与信息分析模块。

信息提取模块对用户信息进行提取。用户信息包括用户个人信息及在执行虚拟测试任务的任务表现数据。其中，用户个人信息包括用户性别、年龄等。

在自我空间导航能力测试任务中任务表现数据主要包括移动速度值、完成任务所需时间、延迟时间、用户使用参考地图的频次、用户在标记地点出现频次。

在环境空间导航能力测试任务中任务表现数据主要包括虚拟智能体相对环境的移动速度、移动方向、在指定转弯点出现的频次、使用参考地图的频次，完成任务的时间。

信息存储模块用于存储用户信息，可以通过云平台数据库对用户信息进行存储。

信息分析模块通过对用户在测试任务中的任务表现数据进行对比、分析、处理、综合考量，对用户的认知能力做出评估。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)采用开放式的增强现实智能眼镜作为虚拟测试任务呈现的载体，与VR头盔相比，开放式的增强现实智能眼镜一方面体积小，易佩戴，另一方面具有更高的视野范围，用户佩戴眼镜时也可看到周围环境，因此可避开障碍物，降低撞击障碍物、跌倒等风险，大大提高了用户的佩戴舒适性及安全性。

利用万向跑台实现在虚拟环境与真实环境中的同步移动，在有限的场地内为用户提供无限的步行运动条件。同时，万向跑台为用户脚下提供一个力场，只要控制好力场的摩擦力并配合良好的机械结构，便能很好的模拟游戏场景，提供舒适的步行体验。

因此，本发明基于虚拟现实技术，融入沉浸感要素开放式的增强现实智能眼镜与万向台，提高了阿尔兹海默病早期筛查训练系统的虚拟现实沉浸感，舒适安全。

(2)本发明结合AD患者空间导航能力损伤机制，优选空间导航能力测试任务，能够对AD转化风险人群进行筛查，具有较高可靠性，尤其可对无明显症状的临床前期的高AD转化风险人群进行筛查，实现真正意义上的早筛查、早诊断，在预防AD、节约医疗资源等方面具有重要意义，并且能够对AD患者进行康复训练。

当系统用于筛查高AD转化风险人群时，视觉反馈起主导作用，依靠智能眼镜等头显设备输出；当系统用于训练AD患者的空间导航能力时，力反馈起主导作用，可依靠VR手柄输出，或者万向跑台输出。

(3)本发明优选包括虚拟环境界面、虚拟智能体、参考地图、功能按键及任务逻辑的空间导航能力测试任务，为用户提供一种智能、趣味性高、操作简单的测试任务，方便用户使用。

附图说明

图1是本发明实施例1中基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统示意图。

图2是本发明任务执行模块示意图。

图1中的附图标记为：开放式的增强现实智能眼镜1、万向跑台2、虚拟现实手柄3。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

本实施例中，基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统如图1所示，包括任务控制单元及信息处理单元。

任务控制单元用于为用户提供在虚拟现实环境中执行的虚拟测试任务，并得到用户执行虚拟测试任务的任务表现数据，包括人机交互模块、任务执行模块与感觉反馈模块。

人机交互模块用于根据任务执行模块的虚拟测试任务类型提供相应的虚拟现实环境，识别用户操作并生成任务表现数据。如图1所示，本实施例中，人机交互模块包括开放式的增强现实智能眼镜1与万向跑台2。开放式的增强现实智能眼镜的视角不小于23°、屏幕分辨率不小于1280*720，作为虚拟测试任务呈现的载体。万向跑台为用户脚下提供一个力场，通过控制力场并配合机械结构模拟虚拟测试任务场景。

任务执行模块用于为用户提供预设的虚拟测试任务。

感觉反馈模块用于用户执行虚拟任务时提供视觉反馈、触觉反馈、力觉反馈中的一种或者几种，引导用户顺利完成虚拟测试任务。本实施例中，感觉反馈模块包括支持视觉、触觉、力觉中的一种或者几种，以及运用捕捉的硬件设备虚拟现实手柄3(VR手柄)。

信息处理单元包括信息提取模块、信息存储模块与信息分析模块。

信息存储模块用于存储用户信息，可以通过云平台数据库对用户信息进行存储。

信息提取模块对用户信息进行提取。用户信息包括用户个人信息及在执行虚拟测试任务的任务表现数据。其中，用户个人信息包括用户性别、年龄等。

信息分析模块通过对用户在测试任务中的任务表现数据进行对比、分析、处理、综合考量，对用户的认知能力做出评估。

本实施例中，测试任务主要用于测试自我空间导航能力，根据对用户的自我空间导航能力测试得到用户的AD转化风险，具有较高可靠性。为了提高易操作性与趣味性，本实施例中，如图2所示，虚拟测试任务包括虚拟环境界面、虚拟智能体、参考地图、功能按键及任务逻辑。

例如，虚拟环境界面为海洋公园，虚拟智能体为三维虚拟船体、三维虚拟动物等。参考地图为整个虚拟环境的全局地图，供用户在虚拟环境中完成虚拟测试任务过程提供地理位置参考。功能按键用于控制虚拟测试任务开始、暂停、结束等，包括开始按键、暂停按键、结束按键、时间进度条及任务成绩等。任务逻辑是使虚拟智能体完成指定虚拟测试任务的方法，可以为虚拟智能体由起点按规定路线到达指定虚拟环境目的地后辨别方位等任务。

例如，本实施例中系统提供一种虚拟测试任务：以虚拟人物在虚拟森林公园中游玩模拟人在森林公园游玩情境，虚拟人物于起点出发，经过多次转向及若干个标记点后到达目的地后，转身180°，判断起点的位置处于当前位置(目的地)的哪个方位，系统给出三个或者三个以上方位选项，用户通过虚拟现实手柄控制虚拟人物做出其认为正确的选择，系统对所选择的正误给出判断。

用户站在万向台上，该虚拟测试任务通过开放式的增强现实智能眼镜呈现在用户眼前，用户通过虚拟现实手柄触发开始按键并开始执行虚拟测试任务，通过人在万向台上行走模拟虚拟人物在森林公园中指定路线游玩，行走一段路程后，智能眼镜中的VR界面中给出判断方位的测试任务，用户完成测试任务。

在该过程中，开放式的增强现实智能眼镜提供视觉提示及视觉反馈，VR手柄提供操控功能及触觉反馈。信息处理单元用于存储、提取用户执行该虚拟测试任务的任务表现数据，并分析、处理，通过对虚拟人物的任务表现，包括虚拟人物动速度值、完成任务所需时间、延迟时间、用户使用参考地图的频次用户在标记地点出现频次，对用户的任务表现进行综合评估，得到任务成绩A、B、C或D。

在该过程中，用户可以通过功能按键暂停、结束虚拟测试任务，也可以查看时间进度以及测试任务成绩。

实施例2：

本实施例中，基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统与实施例1中的系统完全相同。

本实施例中，虚拟任务主要用于环境空间导航能力的训练，根据对用户的环境空间导航能力测试得到用户的AD转化风险，具有较高可靠性。为了提高易操作性与趣味性，本实施例中，如图2所示，虚拟测试任务包括虚拟环境界面、虚拟智能体、参考地图、功能按键及任务逻辑。

例如，虚拟环境界面为与实施例1同一森林公园场景中的不同路线或地点，虚拟智能体仍为虚拟人物等。参考地图为当任务路线虚拟环境的全局地图，供用户在虚拟环境中完成虚拟测试任务过程提供地理位置参考。功能按键用于控制虚拟测试任务开始、暂停、结束等，包括开始按键、暂停按键、结束按键、时间进度条及任务成绩等。任务逻辑是是使虚拟智能体完成指定虚拟测试任务的方法，可以为虚拟智能体按顺序到达指定虚拟环境标记点、完成每个标记点的任务。

例如，本实施例中系统提供一种虚拟测试任务为森林寻宝任务。在任务开始前，将当前人物路线全局地图呈现在智能眼镜中供用户记忆，用户主要记忆各个标记点的位置信息，以便于执行任务时判断虚拟人物的行走路线。用户必须通过VR手柄操控虚拟人物按顺序到达指定标记点，例如顺序依次为标记点1、标记2、标记点3。虚拟人物到达指定标记点后，找到目标宝物，然后继续行走至下一标记点，获取宝物。最后收集全任务要求的宝物数量，任务完成。

在该过程中，开放式的增强现实智能眼镜提供视觉提示及视觉反馈，VR手柄提供操控功能及触觉反馈。信息处理单元用于存储、提取用户执行该虚拟测试任务的任务表现数据，并分析、处理，通过对虚拟人物的任务表现，包括在环境空间导航能力测试任务中任务表现数据主要包括虚拟人物相对环境的移动速度、移动方向、在指标记点出现的频次、使用参考地图的频次，完成任务的时间。对用户的任务表现进行综合评估，得到任务成绩A、B、C或D。

在该过程中，用户可以通过功能按键暂停、结束虚拟测试任务，也可以查看时间进度以及测试任务成绩。

通过以上自我空间导航能力测试任务与环境空间导航能力测试任务的多次测试后，通过自我空间导航能力任务成绩与环境空间导航能力任务成绩比例权重关系，结合阿尔兹海默病空间导航能力的损伤机制，最终对阿尔兹海默病临床前期的高风险者进行初步筛查。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，包括任务控制单元及信息处理单元；

任务控制单元用于为用户提供在虚拟现实环境中执行的虚拟测试任务，并得到用户执行虚拟测试任务的任务表现数据；

信息处理单元用于存储、提取用户执行虚拟测试任务的任务表现数据，并分析、处理，以及对用户的阿尔兹海默病转化风险做出评估；

任务控制单元包括人机交互模块与任务执行模块；

人机交互模块用于根据任务执行模块的虚拟测试任务类型提供相应的虚拟现实环境，识别用户操作并生成任务表现数据；

任务执行模块用于为用户提供预设的虚拟测试任务；

其特征是：人机交互模块包括开放式的增强现实智能眼镜与万向跑台。

2.如权利要求1所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：任务控制单元还包括感觉反馈模块，用于用户执行虚拟测试任务时提供视觉反馈、触觉反馈、力觉反馈中的一种或者几种，引导用户顺利完成虚拟测试任务。

3.如权利要求2所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：感觉反馈模块包括支持视觉、触觉、力觉中的一种或者几种，以及运用捕捉的虚拟现实手柄；

作为优选，所述虚拟现实手柄带有位置传感器。

4.如权利要求1所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：开放式的增强现实智能眼镜的视角不小于23°、屏幕分辨率不小于1280*720。

5.如权利要求1所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：虚拟测试任务主要用于测试用户的空间导航能力；

作为优选，所述空间导航能力包括自我空间导航能力与环境空间导航能力。

6.如权利要求5所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：虚拟测试任务包括虚拟环境界面、虚拟智能体、参考地图、功能按键及任务逻辑。

7.如权利要求1所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：信息处理单元包括信息提取模块、信息存储模块与信息分析模块；

信息提取模块对用户信息进行提取；

信息存储模块用于存储用户信息；

信息处理模块通过对用户在测试任务中的任务表现数据进行对比、分析、处理，对用户的认知能力做出评估。

8.如权利要求5所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：在自我空间导航能力测试任务中，任务表现数据主要包括移动速度值、完成任务所需时间、延迟时间、用户使用参考地图的频次、用户在标记地点出现频次中的一种或者几种；

在环境空间导航能力测试任务中，任务表现数据主要包括虚拟智能体相对环境的移动速度、移动方向、在指定转弯点出现的频次、使用参考地图的频次，完成任务的时间中的一种或者几种。

9.如权利要求1所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：用于对阿尔兹海默病临床前期高风险人群进行筛查，优选对无明显症状的阿尔兹海默病临床前期高风险人群进行筛查。

10.如权利要求1所述的基于虚拟现实的阿尔兹海默病早期筛查训练系统，其特征是：用于对阿尔兹海默病患者进行康复训练。

Images