认知功能障碍评价装置.pdf

本发明提供了一种认知功能障碍评价装置，包括测试装置，测试装置包括向被测试者显示评价认知功能障碍的测试项目的提示单元和检测被测试者的眼睛以及手指运动的检测单元；控制装置，控制装置包括获取由测试装置检测的所述眼睛以及手指运动的数据的获取单元，以及根据眼睛以及手指运动的数据评价被测试者的认知功能障碍的程度的评价单元。本发明的认知功能障碍评价装置在进行身体运动检测的同时，收集被测者的眼球运动数据，结合两者数据综合判断被测者是否患有认知功能障碍，从而提高评价精度。

1.一种认知功能障碍评价装置，其特征在于，所述装置包括
测试装置，所述测试装置包括向所述被测试者显示评价认知功能障碍的测试项目的提
示单元和检测所述被测试者的眼睛以及手指运动的检测单元，
控制装置，所述控制装置包括获取由所述测试装置检测的所述眼睛以及手指运动的数
据的获取单元，以及根据所述眼睛以及手指运动的数据评价所述被测试者的认知功能障碍
的程度的评价单元，
其中，所述测试项目是以第一预定时间间隔显示提示图形，并指示所述被测试者点击
所述提示图形。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测单元进一步包括
眼球运动检测单元，所述眼球运动检测单元检测所述被测试者的眼睛的时间序列运动
轨迹；
手指运动检测单元，所述手指运动检测单元检测所述被测试者点击的位置和时间。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制装置进一步包括
测试项目生成单元，所述测试项目生成单元生成所述测试项目并发送给所述测试装置；
计算单元，所述计算单元根据所述眼睛以及手指运动的数据计算所述被测试者的测试
数据，所述测试数据包括眼球运动速度、手指运动速度和手指运动准确度，
其中，所述眼球运动速度(Mt)是所述被测试者的眼睛注视到所述提示图形的时刻(ti)
与所述提示图形出现的时刻(τi)的时间间隔；所述手指运动速度(MT)是所述被测试者点
击到所述提示图形的时刻(Ti)与所述被测试者的眼球注视到所述提示图形的时刻(ti)的时
间间隔；所述手指运动准确度(MD)是所述被测试者点击的位置与所述提示图形的中心位
置的偏差。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测试项目生成单元进一步生成判断
项目，所述判断项目以第二预定时间间隔显示判断图形并指示所述被测试者观看所述判断
图形，所述评价单元根据所述眼球运动检测单元检测的所述被测试者的眼睛的时间序列运
动轨迹评价所述被测试者是否适合评价认知功能障碍的所述测试项目。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算单元将以所述判断图形的中心
为原点、预定长度为半径的圆形区域设定为有效注视区域，从所述眼睛的时间序列运动轨
迹中提取所述被测试者的眼睛注视点的位置，并计算所述注视点的位置出现在所述有效注
视区域内的比率，
并且如果所述比率不小于预定值，则所述评价单元判断所述被测试者适合所述测试项
目。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括
存储单元，所述存储单元用于存储预先采集的健康人群的分析数据；
输出单元，所述输出单元用于输出所述评价单元的评价结果，
其中，所述评价单元将所述测试者的测试数据与所述健康人群的分析数据相比较从而
评价所述被测试者的认知功能障碍的程度。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括
通信单元，所述通信单元用于将所述测试数据通过网络上传至服务器。
8.如权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述计算单元用算术平均或加权平均计算所述眼球运动速度(Mt)和手指运动速度
(MT)。
9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，
所述控制装置根据所述获取单元获取的所述眼睛以及手指运动的数据调整所述第一
预定时间间隔和所述第二预定时间间隔。

认知功能障碍评价装置

技术领域

本发明涉及一种认知功能障碍评价装置。

背景技术

随着社会老龄化的日益加剧，认知功能障碍，特别是阿兹海默病为主的患者数也在不
断上升。全世界每年治理和护理认知功能障碍患者的费用逾6040亿美元，包括为其提供
卫生和社会护理的费用和认知功能障碍患者及其护理者的收入损失。早期诊断出认知障碍
并及时治疗，已成为一个重要的课题。

认知障碍的诊断，初期阶段通常是通过MMSE(Mini Mental State Examination)、FAB
(Frontal Assessment Battery)或MoCA(Montreal Cognitive Assessment)等医生问
诊的形式。这些方法一般都是通过问答的方式，基于被提问者的回答给予评分。但是，问
答的过程中，医生容易产生主管判断，医生的技术水平也会对判断结果产生影响。

为了能低成本、客观的早期诊断出认知功能障碍，如文献1基于带有触摸屏的平板电
脑或微型电脑上的简易评价装置被开发出来。

【文献1】

国际申请号：PCT/JP2013/074582；

发明名称：脑功能障碍评价方法、脑功能障碍评价装置及其代码

文献1所公开的脑功能障碍评价系统，是让被测者根据屏幕中给出的提示实施身体特
定部位的运动，通过计算被测者的身体运动的数据，分析被测者的认知功能障碍程度。但
是，被测者由于紧张而导致的误操作或者由于年纪大了行动迟缓或者其他肢体方面的原因
容易对评价结果造成影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种认知障碍评价装置，在进行身体运动检测的同时，收
集被测者的眼球运动数据，结合两者数据综合判断被测者是否患有认知功能障碍。并且引
入加权分析，针对屏幕不同位置上取得的数据进行加权平均，从而提高评价精度。

本发明是鉴于解决上述现有技术中的问题而完成的，根据本发明的一个方面，提供了
一种认知功能障碍评价装置，包括

测试装置，所述测试装置包括向所述被测试者显示评价认知功能障碍的测试项目的提
示单元和检测所述被测试者的眼睛以及手指运动的检测单元，

控制装置，所述控制装置包括获取由所述测试装置检测的所述眼睛以及手指运动的数
据的获取单元，以及根据所述眼睛以及手指运动的数据评价所述被测试者的认知功能障碍
的程度的评价单元，

其中，所述测试项目是以第一预定时间间隔显示提示图形，并指示所述被测试者点击
所述提示图形。

根据本发明的另一个方面，所述检测单元进一步包括

眼球运动检测单元，所述眼球运动检测单元检测所述被测试者的眼睛的时间序列运动
轨迹；

手指运动检测单元，所述手指运动检测单元检测所述被测试者点击的位置和时间。

根据本发明的另一个方面，所述控制装置进一步包括

测试项目生成单元，所述测试项目生成单元生成所述测试项目并发送给所述测试装置；

计算单元，所述计算单元根据所述眼睛以及手指运动的数据计算所述被测试者的测试
数据，所述测试数据包括眼睛运动速度、手指运动速度和手指运动准确度，

其中，所述眼球运动速度(Mt)是所述被测试者的眼睛注视到所述提示图形的时刻(ti)
与所述提示图形出现的时刻(τi)的时间间隔；所述手指运动速度(MT)是所述被测试者点
击到所述提示图形的时刻(Ti)与所述被测试者的眼球注视到所述提示图形的时刻(ti)的时
间间隔；所述手指运动准确度(MD)是所述被测试者点击的位置与所述提示图形的中心位
置的偏差。

根据本发明的另一个方面，所述测试项目生成单元进一步生成判断项目，所述判断项
目以第二预定时间间隔显示判断图形并指示所述被测试者观看所述判断图形，所述评价单
元根据所述眼球运动检测单元检测的所述被测试者的眼睛的时间序列运动轨迹评价所述
被测试者是否适合评价认知功能障碍的所述测试项目。

根据本发明的另一个方面，所述计算单元将以所述判断图形的中心为原点、预定长度
为半径的圆形区域设定为有效注视区域，从所述眼睛的时间序列运动轨迹中提取所述被测
试者的眼睛注视点的位置，并计算所述注视点的位置出现在所述有效注视区域内的比率，

并且如果所述比率不小于预定值，则所述评价单元判断所述被测试者适合所述测试项
目。

根据本发明的另一个方面，所述装置进一步包括

存储单元，所述存储单元用于存储预先采集的健康人群的分析数据；

输出单元，所述输出单元用于输出所述评价单元的评价结果，

其中，所述评价单元将所述测试者的测试数据与所述健康人群的分析数据相比较从而
评价所述被测试者的认知功能障碍的程度。

根据本发明的另一个方面，所述装置进一步包括

通信单元，所述通信单元用于将所述测试数据通过网络上传至服务器。

根据本发明的另一个方面，所述计算单元用算术平均或加权平均计算所述眼球运动速
度(Mt)和手指运动速度(MT)。

根据本发明的另一个方面，所述控制装置根据所述获取单元获取的所述眼睛以及手指
运动的数据调整所述第一预定时间间隔和所述第二预定时间间隔。

采用本发明的认知功能障碍评价装置，可以结合测试对象的眼睛以及手指的运动数据
对是否患有认知功能障碍做出更精确的判断。

附图说明

图1是本发明一实施方式的认知功能障碍评价装置的整体构成的功能框图。

图2是本发明一实施方式的认知功能障碍评价装置进行测试时的处理流程图。

图3是本发明一实施例的认知功能障碍评价装置的身体运动提示单元发出的一种眼部
运动检测的示意图。

图4是本发明一实施例的认知功能障碍评价装置的身体运动提示单元发出的一种身体
运动任务的示意图。

图5是本发明一变化例的处理流程图。

具体实施方式

以下参照附图通过具体实例说明本发明的实施方式。

<本评价系统的构成>

图1是本发明的一实施方式涉及的评价装置的整体构成的功能框图。如图1所示，本
发明所涉及的认知功能障碍评价装置100包括：测试单元1、控制单元2、存储设备3、通
信设备4、输出设备5。

测试单元1由身体运动提示单元11、身体运动检测单元12、眼球运动检测单元13构
成。

身体运动提示单元11可以由显示器、播放器等构成。身体运动检测单元12由带有触
摸屏的平板电脑、智能终端等构成。眼球运动检测单元13可以由眼动仪、摄像头、红外
检测装置等构成。

控制单元2由CPU(图中未表示的)调用内存(图中未表示)中的系统管理程序(OS
等)、本评价系统的主程序、各种控制程序等来实现。通常包含有CPU(中央处理器)和内
存。由测试指示生成单元21、测试数据取得单元22、计算单元23、分析单元24构成。

存储设备3可以由存储卡、HDD、SSD等构成，存储测试条件、测试结果等数据或程序。

通信设备4通过连接网络可以连接访问服务器。

输出设备5可以是打印机，也可以是液晶显示器，可以与身体运动提示单元11为同
一设备。

<本评价系统的处理流程>

如图2所示，初期设定、测试项目选择(S1)完成后，可进行用户登录(S2)。被测
者或者测试指导员将被测者信息登录后，画面中提示[是否开始测试？]对话框(S3)。前
述被测者或者测试指导员按下[OK]按钮后，测试指示生成单元21根据前述被测者信息，
若前述被测者是第一次利用本装置(S4的是)，则生成适应性判断测试项目，通过身体运
动提示单元11向被测者提示测试的说明画面(S5)。

测试指示生成单元21收到前述被测者或者测试指导员的输入指示(如按下测试开始
按钮)后(S6的是)，生成测试内容，通过身体运动提示单元11向被测者提示(S7)。

测试数据取得单元22，通过眼球运动检测单元13取得被测者的眼球移动数据(例如
时间标记、眼睛位置、注视点坐标等)(S8)。计算单元23通过分析前述眼球移动数据，
计算被测者是否适合继续用本装置测试(S9)。

若适合继续测试，测试指示生成单元21通过通过身体运动提示单元11向被测者提示
下一测试的说明画面(S10)。

测试指示生成单元21收到前述被测者或者测试指导员的输入指示(如按下测试开始
按钮)后(S11的是)，生成测试内容，通过身体运动提示单元11向被测者提示(S12)。

测试数据取得单元22，通过身体运动检测单元12取得被测者的身体运动数据(例如
身体某一部位接触传感器的时间、接触位置、速度、加速度等)，并通过眼球运动检测单
元13取得被测者的眼球移动数据(例如时间标记、眼睛位置、注视点坐标等)(S13)。计
算单元23与分析单元24通过前述身体运动数据和前述眼球移动数据计算身体运动准确度，
并与存储装置3中储存的非认知症患者的平均数据做比较，得出被测者的认知功能障碍程
度(S14)。若被测者需要反复练习，可以选择再次测试(S15的是)，也可以进入下一项目
的测试(S16的是)直至全部测试结束(S17的是)，保存测试结果至存储设备3或通过通
信设备4上传至服务器(S18)。

<实施例>

<1.被测者的适合性判断>

图3为适应性判断测试项目的一例。其中的十字也可以为三角形、圆形等几何学图形
或其他动画图案。只要能够吸引眼球注意，图案形状任意。具体实施方式是测试指示生成
单元21根据所定的眼球运动校正项目，在指示画面210(身体运动提示单元11)中任意
位置随机提示(显示)一个十字图案211a，让被测者注视十字211a。经过规定间隔时间
后，十字211a消失的同时，在指示画面210中任意位置随机提示(显示)新的十字211b，
让被测者的视线追随十字的移动，由十字211a移至211b。如此，在规定的次数(时间)
内，不断出现位置随机的十字图案并且被测者的视线不断追踪十字。测试数据取得单元22
通过眼球运动检测单元13，取得被测者的眼球运动数据(如注视点的坐标)。

图3中，以十字211a的中心为原点，指定半径(如5mm)为半径的圆形区域为有效区
域212。从十字211a出现到消失的时间段内，计算单元23计算眼球运动检测单元13取得
的眼球注视点位置坐标有效区域212中出现的次数L及前述有效区域212外出现的次数M。
若L>M，则称为有效注视。计算单元23对于所有提示(显示)的十字图形的总有效注视
次数。分析单元24比较计算单元23算出的总有效注视次数与测试指示生成单元21生成
的总提示次数，若前述总有效注视次数不到前述总提示次数的一半，则判断该被测者可能
由于视力问题、认证障碍程度过高等未知原因不适合接受该测试。

<2.被测者的测试>

图4为测试项目的一例。测试指示生成单元21根据所定的测试项目，在指示画面210
(身体运动提示单元11)中提示(显示)一个图形，被测者在图形出现时快速点击。其中
的图形可以为十字，也可以为三角形、圆形等任意几何学图形。具体实施方式是测试指示
生成单元21在指示画面210上显示一个表示初期位置的图形221，并让被测者一直按住图
形221。接着，测试指示生成单元21在指示画面210中任意位置随机提示(显示)一个十
字222。被测者在十字222出现后手指离开初期位置，尽快点击十字222中心。若被测者
有点击或者超时，十字222会自动消失，而重新出现初期位置221。被测者重新按住初期
位置，指示画面210的任意位置提示(显示)一个新的十字222。被测者继续点击新的十
字。如此反复直到达到预先设定好的重复次数。

<3.计算身体运动准确度>

测试过程中，测试数据取得单元22通过身体运动检测单元12取得身体一部分，如手
指在点击屏幕时的坐标，点击时间等数据。测试数据取得单元22通过眼球运动检测单元
13取得眼球的时间序列运动轨迹等数据。

图4中，以十字222的中心为原点，指定半径(如5mm)为半径的圆形区域为有效区
域223。假设十字222在身体运动提示单元11上出现的次数为N次，出现的时刻为τi(i＝1，
2，…,N)，十字222中心位置坐标为(xi，yi)，被测者眼球注视点位置坐标首次出现在前
述有效区域223的时刻为ti，被测者点击十字的时刻为Ti，点击坐标为(Xi，Yi)。

本测试中，身体运动准确度包括眼球运动速度(定位时间)、手指运动速度和手指运
动准确度。其中，眼球运动速度Mt为提示图形在身体运动提示单元11中被提示的时刻τi
与被测者眼球注视到该图形的时刻ti的一致程度。手指运动速度MT为被测者眼球注视到
前述提示图形的时刻ti与被测者点击该图形的时刻Ti的一致程度。手指运动准确度MD为
提示图形在身体运动提示单元11中被提示的位置与被测者点击位置的一致程度。

身体运动准确度可以有下列方法计算。

a.简单将每次的差分进行算术平均，通过式(1)-式(3)分别计算出眼球运动速度Mt、
手指运动速度MT以及手指运动准确度MD。

(1)Mt＝∑(ti-τi)/N

(2)MT＝∑(Ti-ti)/N

(3)$M_D=\mathrm{\&Sigma;}\left(\right|\sqrt{{(X_i-x_i)}^2+{(Y_i-y_i)}^2}\left|\right)/N$

b.对于整个屏幕，一般来说有距离初期位置越近，搜索、点击时间越短，距离初期位
置越远，搜索、点击时间越长的特点，并且当图形出现在惯用手外侧时，视线容易被手挡
住，搜索时间更长，非认知障碍人群也容易搜索超时。因此，在计算身体运动准确度的时
候，可以采用加权平均的方法。

加权的计算有指数分布，正态分布等各种计算方法。根据费茨法则，目标对象越远或
者越小的话，到达目标对象的移动时间越长。式(4)为费茨法则的公式，其中，T为移动
所需的时间，D为开始点到对象中心的距离(图3中初期位置221与十字222中心点的距
离)，W为目标对象的宽度(图3中十字222的宽度)。a、b为常量，可通过测试数据近似
得出。实践证明，该法则针对手、脚、头的摆动、视线等各种条件都适用。而其中的对数
项可以认为是到达目标的困难度，则可设权值

(4)$T=a+b{\log }_2(1+\frac{D}{W})$

根据以上法则，可以按式(5)-式(6)分别计算出眼球运动速度Mt和计算手指运动
速度MT。

(5)$M_t=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_i(t_i-{\mathrm{\&tau;}}_i)}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_i}$

(6)$M_T=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_i(T_i-t_i)}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_i}$

<3.被测者的认知障碍程度评价>

分析单元24根据前述身体运动准确度，结合预先对健康人群采样收集的数据，计算
被测者的认知障碍症度。

例如，预先让复数名非认知功能障碍人员作为被测者，针对同一测试取得所有人员的眼
球运动时间的平均值Mtj、手指运动时间的平均值MTj和位置偏移量的平均值MDj(j＝1，
2，…,P：P表示非认知功能障碍被测者人数)。分别计算前述所有非认知功能障碍被测者
的平均值和标准方差σtj,σTj,σDj并存放于存储设备3。分析单元24首先根
据下述式(7)-式(9)，对被测者数据进行标准化，得到标准化数据Mtj′,MTj′,MDj′。接着，
根据下述式(10)，计算被测者的认知障碍度S。在计算认知障碍度S也可以考虑各身体运
动准确度的重要度，乘以不同权值。

(7)${M_{\mathrm{tj}}}^{\&prime;}=\frac{M_{\mathrm{tj}}-\stackrel{\&OverBar;}{M_{\mathrm{tj}}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{tj}}}$

(8)${M_{\mathrm{Tj}}}^{\&prime;}=\frac{M_{\mathrm{Tj}}-\stackrel{\&OverBar;}{M_{\mathrm{Tj}}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{Tj}}}$

(9)${M_{\mathrm{Dj}}}^{\&prime;}=\frac{M_{\mathrm{Dj}}-\stackrel{\&OverBar;}{M_{\mathrm{Dj}}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{Dj}}}$

(10)S＝Mtj′+MTj′+MDj′

<4.实施方式的变化例>

在测试途中，本装置可以根据被测者的实际情况，自动优化测试设定。图5为本变化
例的流程图说明。计算单元23首先通过眼球运动检测单元13，计算有效的注视次数(S21)。
若有效注视次数大于所定的次数(S22的是)，再通过身体运动检测单元12，计算有效的
点击次数(S23)。若有效点击次数小于所定的次数(S24的是)，测试数据取得单元22计
算眼球运动速度Mt和手指运动速度MT(S25)，对超时时间进行调整，如设为(Mt+MT)
*1.5(S26)。

以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅作为举例说明，并不具
有限定发明范围的意图。这些实施方式能够通过其他各种形态实施，在不超出发明主旨的
范围内进行各种各样的省略、置换、变更、组合。这些实施方式和其变形包含在发明范围
和主旨中的同时，也包含在权利要求书中记载的发明以及与其均等的范围内。