本發(fā)明屬于深度學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺和臨床醫(yī)學(xué)，具體涉及一種基于疼痛強(qiáng)度估計的意識障礙輔助診斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、意識障礙(disorders?of?consciousness，doc)是由創(chuàng)傷、中風(fēng)或缺氧等原因引起的覺醒和意識方面的神經(jīng)精神障礙；近年來，隨著急診及重癥技術(shù)的發(fā)展，越來越多重型顱腦損傷患者的生命得以挽救，但也導(dǎo)致了大量doc患者的出現(xiàn)；我國保守估計每年新增doc患者約7～15萬例，其總治療費(fèi)至少需300～500億元/年，給社會、經(jīng)濟(jì)和民生帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。根據(jù)意識水平的高低，慢性意識障礙可以分為最小意識狀態(tài)(minimallyconsciousness?state，mcs)和持續(xù)的植物人狀態(tài)(vegetative?state,vs)兩個層次，后者也叫無反應(yīng)覺醒綜合征(unresponsive?wakefulness?syndrome,uws)；mcs患者對外界刺激能夠表現(xiàn)出意識和行為的微弱跡象，而vs患者則沒有可觀察到的意識和行為反應(yīng)；在治療doc患者時，盡快獲得準(zhǔn)確診斷以生成個體化治療方案至關(guān)重要；mcs患者相對于vs患者有更高的康復(fù)潛力，準(zhǔn)確診斷可以幫助醫(yī)生確定doc患者的意識水平和認(rèn)知功能，從而為患者制定恰當(dāng)?shù)目祻?fù)干預(yù)計劃；然而，醫(yī)生對患者的準(zhǔn)確診斷具有挑戰(zhàn)性，在區(qū)分vs患者和mcs患者時容易出現(xiàn)誤診。

2、目前，doc患者意識檢測的方法主要有：臨床行為學(xué)方法、神經(jīng)影像方法和神經(jīng)電生理學(xué)方法；當(dāng)使用臨床行為學(xué)方法評估患者意識水平的高低時，如果沒有使用特定設(shè)計的行為評估量表或者評估不當(dāng)，會導(dǎo)致約40％的doc患者被誤診；絕大多數(shù)doc患者運(yùn)動能力受損，僅通過行為量表測評難以準(zhǔn)確反映其意識水平；神經(jīng)影像學(xué)檢測是另一有效的評估手段，主要用到pet/fmri設(shè)備，但是這些設(shè)備昂貴笨重且無法實(shí)現(xiàn)床邊檢測；除了神經(jīng)影像技術(shù)以外，電生理學(xué)方法是近年來被廣泛研究的另一類輔助診斷方法，其中運(yùn)用最廣泛的是腦電圖(electroencephalogram，eeg)技術(shù)；但是在診斷doc患者時，使用eeg技術(shù)的一個挑戰(zhàn)是其結(jié)果的可變性，可能受到患者的覺醒水平、評估中采用的特定任務(wù)，以及數(shù)據(jù)中是否存在偽影等因素的影響；此外，eeg設(shè)備操作及數(shù)據(jù)解釋很復(fù)雜，需要經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)。

3、現(xiàn)有已公開的涉及面部表情的認(rèn)知狀態(tài)識別系統(tǒng)及方法的專利有申請?zhí)枮閏n112201343a的《基于臉部微表情的認(rèn)知狀態(tài)識別系統(tǒng)及方法》和cn202210036474.6的《基于微表情識別的意識評估方法及系統(tǒng)》，這兩種方法均基于微表情識別技術(shù)來評估個體的意識狀態(tài)；它們的核心內(nèi)容都包括利用視頻數(shù)據(jù)捕捉受試者的面部微表情變化，并通過特征提取和機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行分類，以確定受試者的意識水平或狀態(tài)，但是微表情通常持續(xù)時間短、幅度小，容易受到環(huán)境因素和視頻采集條件的影響；現(xiàn)有已公開的涉及doc患者輔助診斷系統(tǒng)及方法的專利有申請?zhí)枮閏n202310464892.x的《基于p300腦電和遷移學(xué)習(xí)的意識障礙患者輔助診斷系統(tǒng)》和cn202110431490的《一種基于聽覺誘發(fā)腦電信號分析的意識障礙輔助診斷系統(tǒng)》，這兩個專利均嘗試使用腦電數(shù)據(jù)評估doc患者的意識水平；然而，doc患者往往無法主動配合eeg的采集過程，因此，采集doc患者的腦電信號難度較大，此外，高質(zhì)量的腦電采集設(shè)備成本較高，需要專業(yè)維護(hù)；現(xiàn)有公開的專利申請?zhí)枮閏n202311598152.1名為《基于面部表情的意識障礙輔助診斷方法》的專利利用面部動作單元(action?unit，au)組成的量化疼痛強(qiáng)度指標(biāo)pspi-r來評估doc患者的疼痛感知能力；然而，目前公開的au數(shù)據(jù)集數(shù)量有限，能提供的與疼痛相關(guān)的au類型不多，因此會影響該方法在實(shí)際應(yīng)用時的準(zhǔn)確性和可靠性。

4、研究表明，隨著意識水平的提高，doc患者的疼痛感知能力也會增加；面部運(yùn)動和表情變化與疼痛密切相關(guān)，并傳達(dá)了大部分與疼痛相關(guān)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于疼痛強(qiáng)度估計的意識障礙輔助診斷系統(tǒng)，通過計算機(jī)視覺技術(shù)分析doc患者在接受疼痛刺激時的面部表情，量化不同doc患者的疼痛感知能力，開發(fā)一款簡便易用的doc患者輔助診斷系統(tǒng)，輔助現(xiàn)有臨床方法，提高對doc患者意識檢測的準(zhǔn)確性，為醫(yī)護(hù)人員提供更加高效的工具。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于疼痛強(qiáng)度估計的意識障礙輔助診斷系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、交互界面模塊、系統(tǒng)管理模塊；

3、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集數(shù)據(jù)：醫(yī)務(wù)人員對doc患者左手指施加疼痛刺激的同時錄制其面部表情視頻，間隔30s，待病人情緒平和后，再對右手指施加疼痛刺激，錄制其面部表情視頻，將采集到的doc患者的面部視頻，輸入到數(shù)據(jù)分析模塊；

4、所述數(shù)據(jù)分析模塊用于分析數(shù)據(jù)：接收到數(shù)據(jù)采集模塊傳來的患者面部表情視頻后，需要對它們進(jìn)行抽幀，裁剪，數(shù)據(jù)增強(qiáng)預(yù)處理，隨后通過深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征的提取和vas值的預(yù)測，得出doc患者接受疼痛刺激的這段時間內(nèi)的vas值，將實(shí)驗(yàn)信息和數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)中；

5、所述交互界面模塊用于用戶與界面的交互：通過前端的渲染，進(jìn)行系統(tǒng)的可視化展示，用戶通過鼠標(biāo)與系統(tǒng)進(jìn)行事件交互，用戶在界面上查看doc患者的姓名、性別、行為量表診斷的類別、以及在接受疼痛刺激時的vas值，界面上輸出doc患者最終的判斷類別；

6、所述系統(tǒng)管理模塊用于管理和維護(hù)意識障礙患者輔助診斷系統(tǒng)，確保其穩(wěn)定運(yùn)行，該系統(tǒng)管理模塊包括數(shù)據(jù)存儲模塊、系統(tǒng)配置管理模塊、日志記錄和監(jiān)控模塊；所述數(shù)據(jù)存儲模塊負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲；所述系統(tǒng)配置管理模塊允許管理員配置系統(tǒng)的各種參數(shù)和設(shè)置；所述日志記錄和監(jiān)控模塊記錄系統(tǒng)的操作日志和運(yùn)行狀態(tài)。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述數(shù)據(jù)存儲模塊負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲，包括數(shù)據(jù)庫管理和文件存儲。

8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述系統(tǒng)配置管理模塊允許管理員配置系統(tǒng)的各種參數(shù)和設(shè)置，包括界面語言、時間格式、默認(rèn)設(shè)置；所述日志記錄和監(jiān)控模塊記錄系統(tǒng)的操作日志和運(yùn)行狀態(tài)，包括用戶登錄日志、錯誤日志和系統(tǒng)性能監(jiān)控。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，采集數(shù)據(jù)具體方法如下：使用1080p、60fps的攝像頭設(shè)備對doc患者在接受疼痛刺激時的面部表情視頻進(jìn)行采集，專業(yè)醫(yī)生對患者的左右手指甲床在不同的時間段施加同樣的疼痛刺激，doc患者的面部表情視頻數(shù)據(jù)在專業(yè)的醫(yī)生操作下進(jìn)行多次采集。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，對doc患者在接受疼痛刺激時的面部表情視頻進(jìn)行采集，患者的面部處于視頻畫面的正中央，且視頻在光線充足的環(huán)境中錄制。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的技術(shù)方案，還包括vas量表，vas量表以0到10的等級來表示疼痛強(qiáng)度，其中0表示無疼痛，10表示極度疼痛。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

13、基于疼痛強(qiáng)度估計的意識障礙患者輔助診斷系統(tǒng)簡單易用，提高doc患者診斷的準(zhǔn)確率，為醫(yī)護(hù)人員提供更加高效的工具；

14、該發(fā)明是計算機(jī)視覺技術(shù)在醫(yī)學(xué)輔助診斷中的應(yīng)用，有助于醫(yī)務(wù)人員及時制定治療方案，從而為患者提供更加精準(zhǔn)的診療服務(wù)；

15、通過分析doc患者的面部表情對患者的疼痛感知能力進(jìn)行量化，從而檢測其意識水平，更加簡單高效；

16、該系統(tǒng)操作簡便，醫(yī)護(hù)人員無需經(jīng)過復(fù)雜培訓(xùn)即可快速上手使用。