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帕金森病运动功能智能评估

复旦大学附属华山医院  2019年04月19日16:56

1、案例名称

帕金森病运动功能智能评估

2、申报单位

复旦大学附属华山医院

3、案例简介

通过无可穿戴传感器视频分析技术,识别运动视频中的身体部位的关键节点、定量分析动作指标,实现帕金森病患者在家庭环境下自助拍摄视频、自动运动功能评估,同时通过量化手段提高运动评测精度,实现早期筛查功能。本产品正在进行临床测试,目前的评分一致性在可接受误差范围内可以接近0.8,和经过三个月培训的医生水平接近。本技术还可以用在其他运动障碍性疾病上面,例如:脑瘫患者手术前步态评估等方向。有希望突破传统的UPDRS打分机制,创建基于人工智能技术的全新帕金森病运动功能评测标准。

4、案例应用范围

通过无可穿戴传感器视频分析技术,识别运动视频中的身体部位的关键节点、定量分析动作指标,实现帕金森病患者在家庭环境下自助拍摄视频、自动运动功能评估。新研发手机自带的传感器分析技术,24小时长程监控病人病情,与视频分析形成互补。精度在iOS端已超过业界最好的TUGClinic,在帕金森病关注的轮替、步态等动作具有明显优势。

此技术用于体检、早筛场景下,可以通过简单的视频分析识别受检者的帕金森病患病风险;用于帕金森病人服药前后的运动能力监测及评估,可实现用药效果评估、辅助用药指导及辅助新药研发;评估技术用于帕金森慢病管理,可以使帕金森病的管理更加科学高效。

此产品还可以做病种拓展,同样的技术可以应用于脑瘫或者脊柱侧弯患者的术前步态评估、可用于脑卒中患者恢复期的运动功能评估等方向。

5、案例应用场景描述

1) 早筛场景:利用体检或者在神经科门诊设置的早筛站点,通过拍摄并上传筛查用户的动作视频,结合问卷、手机传感器测试等手段来综合评估患者患帕金森病的概率。对于有较大患病风险的用户,推荐到神经科门诊找医生确诊。

2) 帕金森患者随访场景:通过患者利用影像设备拍摄的视频,上传给AI系统,做智能评估,辅助医生对帕金森患者进行运动功能评估,以此作为一个客观量化的指标来进行后续的用药、治疗方案调整等。

6、该案例解决了哪些行业痛点?

中国目前帕金森病患者人数已有300万左右,在65岁以上的老人患病率达1.7%,,随着中国人口老龄化问题的严峻, 2030年中国的帕金森病患病人数500万左右,未来中国帕金森病患者的总数约占全球的一半。帕金森病早期诊断的准确率低于60%,并造成治疗延误。帕金森病系慢性退行性疾病,目前尚无法治愈,诊断后需要终身治疗。帕金森发病年龄有可能在40岁左右,一旦得病会拖延几十年,无法根治,对家庭来讲是一个沉重负担。早发现、早治疗至关重要,可以大幅减轻患者及家庭负担。

本项目利用腾讯医疗AI实验室的视频分析技术,在运动障碍性疾病运动能力评估领域,填补一项行业空白,通过无可穿戴传感器视频分析技术,识别运动视频中的身体部位的关键节点、定量分析动作指标,实现帕金森病患者在家庭环境下自助拍摄视频、自动运动功能评估。新研发手机自带的传感器分析技术,24小时长程监控病人病情,与视频分析形成互补。精度在iOS端已超过业界最好的TUGClinic,在帕金森病关注的轮替、步态等动作具有明显优势。

本产品主要通过在家庭环境下用手机拍摄的无可穿戴传感器视频分析技术,融合多个深度学习模型,解决帕金森早期筛查与病情评估。同时为患者和医生节省大量时间,医生评估一个患者需要半个小时,是非常枯燥的事情,用本产品评估效率很高。

7、案例核心优势

运动障碍性疾病运动功能评估技术填补业界空白,还没有类似的案例。

(一)技术创新优势

1:数据利用方面取得如下成果:

我们借助对抗生成网络(GAN) 和增强现实(AR)技术去生成数据而不是仅依靠标注数据,特别是创新的提出tonality-alignment generative adversarial networks(TAGAN),可以生成在手部面部size不同的病人在诊室和家庭背景和光照都不同的条件下生成海量训练数据;

2:模型方面也取得如下成果:

1) 我们采用关键点检测技术 ,可以对手部21x2,面部70,足部4x2,躯干25个点进行跟踪;

2) 将传统action recognition的成果和引入先验知识融合进一步提升鲁棒性,去除scale, translation, video_length, video_angle等带来的扰动。

3) 用于姿态预测的Spatio Temporal Pose Estimation (STPE)最新的PCKh值已提升到0.94,超过业界的0.88-0.92。

(二)临床应用方面的创新优势

为了评估患者的运动功能障碍和病情进展的程度、制定长期治疗方案、监测治疗效果、评价临床结局,临床上根据不同需要使多种主观评估量表,如Hoehn-Yahr评分、PDQ-39、SPES-SCOPA、UPDRS等作为评价工具。UPDRS是临床使用最广泛的评估量表,评估疾病进展和治疗反应的标准工具。虽然UPDRS已验证有良好的重测信度和和精确信度,但用采用UPDRS第III部分评估帕金森患者的运动功能仍存在主观评价偏倚、不能分辨较小的功能变化、评估维度单一等问题。通过视频评估患者的运动功能,确保了评估结果的精确性、提升了运动功能变化的识别能力,丰富了运动功能评估的指标,建立了客观、量化的运动功能评估方法。评估过程不需要医护人员的干预,患者可以居家自助完成,改善了评估的时效性,可以更及时反映患者的治疗反应和症状波动。评估依据的视频真实地记录了评估过程,任何时间都可以回溯原始档案,任何医生都可以复核评估结果,是一种临床信息可复现的评估方法。

8、案例实施成果及社会影响力

案例成果:

本产品已经在华山医院通过临床预实验,通过三个帕金森病专家测试,我们的系统对于帕金森病UPDRS打分一致性为81.3%,超出专家预期的70%的一致性。本产品已经在帕金森慢病管理平台“帕为”上面落地。同时本产品也在积极拓展海外市场,通过英国的移动互联网公司Medopad正在推进在英国的落地。临床测试结果在8.25召开的“中国康复医学会帕金森病与运动障碍康复大会”上面华山医院与腾讯公司联合发布。

按照国内约400万帕金森患者,每人每年需要做两次UPDRS检测,每次需要医生工作半小时,医生半小时工时费按照400元计算,我们当前产品在中国的market size就是有可能为国家医保节省32亿元RMB/年。

本产品已经与罗氏制药合作进行帕金森病的筛查。利用罗氏设置的帕金森早筛站点,通过拍摄并上传筛查用户的动作视频,结合问卷、手机传感器测试等手段来综合评估患者患帕金森病的概率。对于有较大患病风险的用户,推荐到神经科门诊找医生确诊。

此技术可用于帕金森病的疾病严重度评估及随访、及早期筛查、用药效果评估、慢病管理。

案例社会价值:

能够影响的疾病的患者数巨大:

中国帕金森病患者有400余万人,约占全球的50%;

75岁以上帕金森患病率高达10%,但知晓率只有48%,早期延误率高达60%;一旦得病几十年,无法根治,对家庭来讲是一个沉重负担;其他运动障碍性疾病脑卒中患者600万、脑瘫患者600万

2)对于运动障碍性疾病运动功能评测手段的革新影像巨大:

本产品相关技术有希望突破传统的UPDRS打分机制,创建基于人工智能技术的全新帕金森病运动功能评测标准。

9、未来规划

·家庭场景:帕金森患者在家庭场景下使用智能手机上的摄像头拍摄规定动作视频,通过慢病管理平台上传至平台系统,AI系统进行智能评估之后,对患者的运动功能评估之后,讲评估记过推送给后台的医生。医生根据患者在家自助测试的结果,来线上调整患者的用药、治疗方案能,省去患者去医院或者医生随访入户的麻烦。

·制定全新的帕金森病打分标准;

·其他运动障碍性疾病上面,如:脑瘫患者、脊柱侧弯患者在手术前的步态分析;

·足球运动员受伤后的恢复训练中的运动功能状态评测;

·可用于居家养老和机构养老场景,对老人的运动能力,日常行为,多种疾病进行居家评测分析,有效提升老人的安全和养老机构的服务效率。

(本案例由复旦大学附属华山医院提供,仅供参考)

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