专利名称：基于saas平台的人脑健康锻炼系统的制作方法
技术领域：
本发明属于人脑健康领域，特别涉及一种基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统。
背景技术：
人口老龄化和现代生活压力大，是影响人脑健康特别是老年人脑健康的主要原因。广为人知的是服用各种保健品或药品来解决上述人脑健康问题，但是疗效的不确切、诸多的不良反应、昂贵的费用等负面因素限制了保健品和药品的应用。后来，人们又应用各种大众化保健设备，如中国专利CN201200401Y所公开的一种老年性痴呆的诊断装置，该装置包括脑电极、脑电信号放大器、A/D转换器、音频发生器、耳机、显示器、反应键盘、单片机、计算机等，虽然取得了一些效果，但是仍有使用不方便、不符合现代人生活节奏等多种不足。另外，益智类游戏可以锻炼大脑智力为人所共知，比如中国专利CN101391145B公开的一种益智游戏系统及其方法，但是类似的益智类方法中，没有能够根据各级指标来分析判断使用者大脑的状况，进而进行复杂的数据运算，来有针对性的选择一款锻炼游戏，帮助使用者恢复和增进脑健康。随着互联网特别是移动互联网的发展，利用云计算的SAAS服务有效的方式(数据中心按客户的需求计算资源，达到与超级计算机同样的效果)为用户提供专业的产品，已经得到了广泛的应用。比如中国专利CN102063578A所公开的基于SAAS平台的个人健康监护和虚拟医生系统，该系统提供了综合的健康知识平台，可以在平台上得到健康监护和虚拟医生的诊断，参加各种医疗团购，获得高质量的医疗服务。但是上述平台并未涉及脑健康，更没有涉及针对人脑健康来如何锻炼。
发明内容
本发明提供了一种利用计 算机的智能分析手段使云计算SAAS大脑健康锻炼平台收集多层次脑数据，并进行数据比较、整合、分析、建模来完成以生物反馈实验为基础的脑神经数据模型，利用神经信息的产生、传输、编码、存储与提取机理等完成对人脑健康特别是老年人脑健康从评测、个人定制化锻炼、数据分析等健康服务。本发明的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统包括:用户交互接口层，所述用户交互接口层包括基于Web平台或移动平台的客户端提供数据服务；优选符合老年人的用户体验的UI交互界面；业务逻辑服务层，所述业务逻辑服务层包括账户服务模块、大脑刺激实施模块、脑数据收集模块、评估服务模块、课程服务模块、脑力指标分析模块、系统报告服务模块；数据访问接口，所述数据访问接口包括核心数据接口、用户数据接口、认知能力指标数据接口。本发明的认知能力指标(CognitivePerformanceIndex),简称 CPI。CPI，是衡量大脑的认知健康能力指标，也是心理学、脑神经科学、人工智能、生物学等医学研究中的重要内容。CPI指标评估、脑中风、老年痴呆、帕金森、抑郁的测定目前国内外常规方法主要是量表法，如:脑中风的运动功能评定量表、日常生活活动量表等等。需要用户选择大量的问题，根据用户选择结果，给出患者当前脑健康状态。典型的任务包括:图片记忆、数字记忆力等，有些地方还加入智力测试。医疗机构主要是采用CT或核磁共振加脑电图及脑地形图，通过慢波，a波、@波等小尖波获得脑部静态扫描状态的客观定量数据。也有利用神经电生理检查方法，在各种脑功状态下的生活电活动加以检拾、放大、显示、记录，通过对脑电位的整体图形的分析，以诊断疾病或评定功能的方法。脑电图在脑功能的测定中存在的问题，就是个体的认知能力减弱是一个相对漫长的过程，只凭脑电图等方式是没办法测试出用户的早期大脑与心理问题而错过了最佳治疗时机。上述的采用的方法的应用结果属于滞后指标。本发明的SAAS(Software as a service)是指软件即服务。本发明的工作原理是使用生物医学中的脑神经科的原理，通过对大脑数据的采集、分析系统，把生物医学数据进行分析、数据挖掘处理，转换为统一可衡量的CPI，然后通过CPI指标的变化值与计算机的智能分析，再通过SAAS平台把脑健康锻炼数据图表显示出来。本发明的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其中核心数据接口由Mybatis、Mysql Spy client、Memcached 搭建而成；所述用户数据接口由 Mongo Driver、Mongo DB 搭建而成、所述CPI数据接口由Spy client Memcached搭建而成。本发明的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其中用户交互接口层是HTML、CSS、Velocity、Flash Struts2 搭建、或者 Email Java Mail、Postfix 搭建、或者 Android UI 搭建。
本发明的基于SAAS平 台的人脑健康锻炼系统，其中账户服务模块包括企业账户子模块或个人账户子模块；所述企业账户子模块可对多个子用户进行集合、管理、编辑、删除；所述个人账户子模块包括单人账户和家庭账户，可以实现对最终端的用户基本信息的完善、修改、编辑功能；所述大脑刺激实施模块:主要使用经典条件反射和操作式条件反射行为方法，以游戏方式展现给用户，刺激的难易程度是跟随用户的数据信息而随时变化；所述数据信息的实时变化，为分别建立多层次的脑数据库提供基础数据来源，通过数据的整合、分析、建模精准分析大脑健康状态；经典条件反射和操作式条件反射都是刺激与反应联结的形式，两者形成的关键都要需要强化，不同的强化方式效果不同，因此它他们在本质上是相同的，都依赖于强化，有关条件反射的一些基本规律(消退、恢复等)对二者都起作用。但就条件反射长生的实质(刺激与反映之间的关系)，经典条件反射顺序是“无条件刺激”在“反映“之前；而操作条件反射相反，“反应”在前，“无条件刺激”在后。从条件反射来看，经典条件反射中条件是诱发性行为，是被动的，是反应性行为；操作条件反射中条件则属于自发性行为，是主动的，是操作性行为。所述脑数据收集模块，所述脑数据收集模块是根据所述数据信息的实时变化，为分别建立多层次脑数据库提供基础数据来源；所述评估服务模块:是在所述多层次脑数据库建立后，持续动态为用户提供锻炼结果评估服务，利用生物反馈技术的大脑多自由度的神经元和突触联结的信息处理和决策方式，观测大脑对整体行为的刺激、认知某些脑区或核团结构与机能的关系，如刺激此大脑区域主要目的是:可以提高记忆力区域的脑神经回路连结，有利于提高记忆存储能力，进而加强位于前额皮质的执行功能区能力，可以让大脑在复杂多种环境下使用正确战略思维，并能够快速转化成一个合适思维模式，并经受得起外界干扰和内在驱动力，减少焦虑抑郁情绪，最终调整人体的高级机能，把机体的各种神经活动协调起来，并最终可以改善脑健康与情绪等大脑高级功能。从整合数据来研究脑的健康程度所述课程服务模块:包括总体脑健康专项锻炼子模块；记忆力下降专项锻炼子模块；改善沮丧、抑郁心情专项锻炼子模块；改善灵活性专项锻炼子模块；提高社交能力专项锻炼子模块；释放压力专项锻炼子模块；缓解疲劳专项锻炼子模块；提高敏锐性专项锻炼子模块；失眠专项锻炼子模块；所述脑力指标分析模块:是将所述评估服务模块和所述课程服务模块的数据存储到不同的大脑数据库中，通过信息的加工、编译，以图表的形式展示给用户；所述系统报告服务模块:是实时监控所述SAAS平台的服务性能指标仪表盘，监控所述系统的数据响应时间、用户状态。本发明的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，所述系统报告服务模块是基于RESTful的轻量级数据接口，同时支持JSON和XML数据格式，由统一的数据传输接口层来给基于Web的Portal和基于移动平台的客户端提供数据服务。本发明的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，所述脑力指标分析模块包含总体指标分析模块、记忆力指标、注意力指标、反应时间指标、灵活性指标、解决问题能力指标分析模块，以及在人群中位置基线图。本发明的云计算SAAS大数据分析的智能生物脑健康锻炼系统，所述操作式条件反射刺激主要用Acti0nscript3.0语言编写的锻炼性刺激游戏为主，包括脸谱识别游戏、颜色辩识游戏，所述操作式条件反射刺激包含域值、域刺激、兴奋性、可兴奋细胞指标，随着脑数据库的动态变化而变化，刺激数据输出是所述认知能力指标CP I的输出。本发明的云计算SAAS大数据分析的智能生物脑健康锻炼系统，所述认知能力指标CPI包括:记忆力指标、注意力指标、反应时间指标、灵活性指标、解决问题能力指标。运用序列运动准备和执行的主要脑区分布:初级运动区(Ml)、辅助运动区(SMA)、运动前区(PMC)、后顶叶皮层(PPC)和皮层下的基底节和小脑等，对以上大脑区域的刺激总结出了本发明的CPI指标。脑健康的记忆力、注意力、速度、灵活性、解决问题能力5大指标分别采用:波纳斯原理、斯特鲁普原理、步道原理、侧卫原理、任务转换原理、闪烁原理、数字广度原理、N-返回原理、VSTM原理、SPWM原理设计完成，主要算法由特征值算法和辅助算法完成。本发明的云计算SAAS大数据分析的智能生物脑健康锻炼系统，所述记忆力指标包括视觉短期记忆力指数、语境记忆力指数、长期记忆力指数、短期记忆力指数、非语言记忆力指数、视觉短期记忆力指数、工作记忆力指数；所述注意力指标包括:注意力分配力指数、专注力指数、视觉感知指数、视觉扫描指数；所述反应时间指标包括处理速度指数、转换性指数、速度评估 指数；所述灵活性指标包括手眼协调性指数；所述解决问题能力指标包括距离感知指数、自控力指数、确定性指数、空间感知指数、计划性指数。20类二级指标的算法主要由有序向量空间(OVS)、加权迭代摄动(IWP)得分函数(SF)等算法收集数据并进行智能数据挖掘，把实时数据与数据库中的用户的基线值进行比较，通过视觉图表形式反馈给用户。用户从脑体检、脑锻炼、脑报告等功能了解自身脑健康与心理健康的状态，长期的锻炼，刺激用户的脑神经连接，并影响新脑细胞的数量，继而提升整体健康。本发明的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，还包括数据收集单元，所述数据收集单元是使用生物视觉刺激数据收集所述经典条件反射数据，把数据进行采集、归类、分析等处理，转换为一定幅度模电信号；数字信号处理单元，然后通过A/D转换器转换为适宜计算机处理的数字信号；服务器处理单元，服务器通信API接口采集到的数据以图谱显示出来，并且通过数据特征值算法把实时数据与预定采集的数据库数据的基线进行比较，通过声光电和视觉等形式反馈给使用者。上述单元的设置，可以实现制成脑健康锻炼仪来实现脑健康的目的。本发明的有益效果在于，本发明通过智能云计算SAAS脑健康锻炼系统平台，实现实时多层次脑数据库的建立，完成所有健康服务，易用性强，本发明的系统可直接提供各种详细分析报告，同步传输健康报告给关注父母健康状态的子女，做出早期判断，避免灾难性的结果发生。本发明的系统具有如下系统特点:1.将传统的大脑评测的量表法改进，运用现代认知科学将生物医学电子技术和生物反馈锻炼方法相结合，实现了对使用者的大脑状态、动态锻炼或治疗效果的实时展现，并用客观定量指标进行评估；2.将生理指标、行为指标相结合，客观定量分析相结合，使大脑健康的评测和锻炼数据更加准确可靠； 3.动态实时数据显示使用者的大脑与心理状态的变化情况，对早期预防老年脑部神经疾病与心理疾病起到很好的监控作用并为疾病的诊断提供定量的客观依据。4.利用已经普及的互联网、移动互联网通讯技术实现“一对一”专属锻炼方案的制定与实施，通过显示脑数据，让使用者本人可以随时、准确了解健康状态，智能化的数据分析会根据使用者的数据自动调整训练方案。同时利用SAAS云服务的特性，可以开展社区型在线锻炼方式，以社区为单位，中老年人自愿形成小组进行团队性锻炼方案。同时增加锻炼的乐趣性与社交性，更有利于降低中老年人的抑郁症发病率。5.大脑锻炼是由数据转化成客观数据指标，可以让使用者看到自已的认知能力(记忆力、注意力、反应速度、灵活性、解决问题能力、思维、情绪、自我控制力、情感)这些指标的动态趋势和变化情况。6.通过团队性的锻炼，可以提高使用者在真实生活中的认知能力，而享受真下月有质量的生活。7.结合其它家庭辅助治疗设备，可以全面监控中老年人的健康状态。8.在锻炼过程中，科学家可以根据用户的需求，提供个性化的咨询服务，对使用者可以全方位贴切的指导。下面结合试验例进一步说明本发明的效果。试验例I认知能力锻炼对于不爱运动老年人在步态速度上的影响实验背景:注意力与执行力与老年人的慢步态速和摔跤有着强关联。并且这些能力是可以通过认知能力锻炼可以提高的。方法:使用随机单盲控制测试，240个不愿运动的老年人(一周等于或者小于一次运动，并且步态速度< lm/s)，这240个老年人随机被分成二组:一组是时间为8周的本发明的计算机认知能力锻炼项目(锻炼组)，另外一组是控制组。实验结果主要是测试认知锻炼对老年人在原正常步幅情况下及“行进中谈话”中环境下的步态速度变化，同时实验也对比了每组步态速度提高的老年人比例(那些步态速度变化> 4cm/s)。结果:(I) 120个参与者完成了此项测试，控制组与锻炼组的步态速度以及行进中谈话能力相比正常基准线变化情况如下:步态速度:(68.2 ±20.0vs76.5 ±17.9cm/s, p = 0.05)行进中谈话的能力:(36.7±13.5vs56.7±20.4cm/s, p = 0.002)。(2)另有100个干预性参与者在为期8周的干预性锻炼中，步态速度及行进中谈话能力相比正常基准值变化情况下如下:步态速度变化值:(8.2± 11.4 1.3±6.8cm/s，p = 0.10)行进中谈话的能力变化值:(19.9 ±14.9 2.5 ±20.1 cm/s, p = 0.05)(3)与100个控制组的 老年人相比，其中60个干预性老年人与30个控制组老年人相比，提高了正常行进步态速度(让步比=3.0，95%置信区间=0.5-19.6)。100个干预老年人相比30个控制组老年人，提高了行进中谈话的能力(让步比=3.5，95%的置信区间=1.5-8.0)。实验结论:此实验的结果显示有目地性以及建议性的认知能力锻炼可以提升不愿活动的老年人的移动性。试验例2.定制化计算机锻炼与游戏锻炼有效性对比实验实验背景:很多研究已经证实认知锻炼可以对老年人的认知提高有益。此实验需要调查研究是否个性化的计算机的认知锻炼与那些传统的计算机游戏相比，对老年人更有益。实验方法:这是一个随机双盲干预性实验，全部报名参与者(样本n = 155，54±7年龄)被分配到:1.定制化的认知锻炼组。2.传统的电脑游戏组。这些老年人均接受了认知能力评估，得出认知能力基准线。3个月后，他们还要接受神经心理评估，用来分析训练组员之间，以及训练组与游戏组的认知能力分数差异，此评估采用了 2种混合效应模型方法:完成训练的样本(AO, n = 121)，意向性锻炼样本(ITT ；n = 155).
实验结果:两组人员都在认知能力上有所提高。如
图1所示，定制化认知能力锻炼组在所有的8项认知能力中，改善效果更明显(p < 0.03，AO, ITT)。游戏组中认知能力改善((p< 0.05)，但是全部的8项认知能力中，只有(A0，只有4项有改善，ITT)。在AO分析中，定制化认知能力锻炼比玩游戏更有效，特别是在提高空间感知，工作记忆力(P = 0.0001)方面。空间感知学习能力(P = 0.0012),注意力(P = 0.0019)。如图2所示,锻炼天数与CPI指标变化呈现显著的正相关。实验结论:
定制化的计算机认知能力锻炼明显比计算机游戏在提高老年人认知健康上更有效。试验例3:主要针对老年人的认识能力测试与老年痴呆、脑中风的关系，本实验数据样本为80名老年人，参与者的平均年龄为63岁，一组为正常老年人，共40名；一组为被诊断有早期老年痴呆症的老年人，共40名。实验使用了弗雷明汉中风风险预测(FSP)，研究人员使用PET给出大脑图像，实验数据如表1:表I
权利要求
1.一种基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其特征在于，所述系统包括: 用户交互接口层，所述用户交互接口层包括基于Web平台或移动平台的客户端提供数据服务； 业务逻辑服务层，所述业务逻辑服务层包括账户服务模块、大脑刺激实施模块、脑数据收集模块、评估服务模块、课程服务模块、脑力指标分析模块、系统报告服务模块； 数据访问接口，所述数据访问接口包括核心数据接口、用户数据接口、认知能力指标数据接口。
2.如权利要求1所述的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其特征在于，所述核心数据接口由Mybatis、Mysql Spy client、Memcached搭建而成；所述用户数据接口由MongoDriver、Mongo DB搭建而成、所述CPI数据接口由Spy client Memcached搭建而成。
3.如权利要求1所述的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其特征在于，所述用户交互接口层是 HTML、CSS、Velocity、Flash Struts2 搭建、或者 Email Java Mai1、Postfix 搭建、或者Android UI搭 建。
4.如权利要求1所述的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其特征在于: 所述账户服务模块包括企业账户子模块或个人账户子模块；所述企业账户子模块可对多个子用户进行集合、管理、编辑、删除；所述个人账户子模块包括单人账户和家庭账户，可以实现对最终端的用户基本信息的完善、修改、编辑功能； 所述大脑刺激实施模块:主要使用经典条件反射和操作式条件反射行为方法，以游戏方式展现给用户，刺激的难易程度是跟随用户的数据信息而随时变化；所述数据信息的实时变化，为分别建立多层次的脑数据库提供基础数据来源，通过数据的整合、分析、建模精准分析大脑健康状态； 所述脑数据收集模块，所述脑数据收集模块是根据所述数据信息的实时变化，为分别建立多层次脑数据库提供基础数据来源； 所述评估服务模块:是在所述多层次脑数据库建立后，持续动态为用户提供锻炼结果评估服务，利用生物反馈技术的大脑多自由度的神经元和突触联结的信息处理和决策方式，观测大脑对整体行为的刺激、认知某些脑区或核团结构与机能的关系，从整合数据来研究脑的健康程度； 所述课程服务模块:包括总体脑健康专项锻炼子模块；记忆力下降专项锻炼子模块；改善沮丧、抑郁心情专项锻炼子模块；改善灵活性专项锻炼子模块；提高社交能力专项锻炼子模块；释放压力专项锻炼子模块；缓解疲劳专项锻炼子模块；提高敏锐性专项锻炼子模块；失眠专项锻炼子模块； 所述脑力指标分析模块:是将所述评估服务模块和所述课程服务模块的数据存储到不同的大脑数据库中，通过信息的加工、编译，以图表的形式展示给用户； 所述系统报告服务模块:是实时监控所述SAAS平台的服务性能指标仪表盘，监控所述系统的数据响应时间、用户状态。
5.如权利要求4所述的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其特征在于，所述系统报告服务模块是基于RESTful的轻量级数据接口，同时支持JSON和XML数据格式，由统一的数据传输接口层来给基于Web的Portal和基于移动平台的客户端提供数据服务。
6.如权利要求4所述的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其特征在于，所述脑力指标分析模块包含总体指标分析模块、记忆力指标、注意力指标、反应时间指标、灵活性指标、解决问题能力指标指标分析模块，以及在人群中位置基线图。
7.如权利要求4所述的云计算SAAS大数据分析的智能生物脑健康锻炼系统，其特征在于，所述操作式条件反射刺激主要用Acti0nscript3.0语言编写的锻炼性刺激游戏为主，包括脸谱识别游戏、颜色辩识游戏，所述操作式条件反射刺激包含域值、域刺激、兴奋性、可兴奋细胞指标，随着脑数据库的动态变化而变化，刺激数据输出是认知能力指标的输出。
8.如权利要求7所述的云计算SAAS大数据分析的智能生物脑健康锻炼系统，其特征在于，所述认知能力指标包括:记忆力指标、注意力指标、反应时间指标、灵活性指标、解决问题能力指标。
9.如权利要求8所述的云计算SAAS大数据分析的智能生物脑健康锻炼系统，其特征在于，所述记忆力指标包括视觉短期记忆力指数、语境记忆力指数、长期记忆力指数、短期记忆力指数、非语言记忆力指数、视觉短期记忆力指数、工作记忆力指数；所述注意力指标包括:注意力分配力指数、专注力指数、视觉感知指数、视觉扫描指数；所述反应时间指标包括处理速度指数、转换性指数、速度评估指数；所述灵活性指标包括手眼协调性指数；所述解决问题能力指 标包括距离感知指数、自控力指数、确定性指数、空间感知指数、计划性指数。
10.如权利要求4所述的基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，其特征在于，还包括 数据收集单元，所述数据收集单元是使用生物视觉刺激数据收集所述经典条件反射数据，把数据进行采集、归类、分析等处理，转换为一定幅度模电信号； 数字信号处理单元，然后通过A/D转换器转换为适宜计算机处理的数字信号； 服务器处理单元，服务器通信API接口采集到的数据以图谱显示出来，并且通过数据特征值算法把实时数据与预定采集的数据库数据的基线进行比较，通过声光电和视觉等形式反馈给使用者。
全文摘要
本发明涉及一种基于SAAS平台的人脑健康锻炼系统，该系统包括用户交互接口层，所述用户交互接口层包括基于Web平台或移动平台的客户端提供数据服务；业务逻辑服务层，所述业务逻辑服务层包括账户服务模块、大脑刺激实施模块、脑数据收集模块、评估服务模块、课程服务模块、脑力指标分析模块、系统报告服务模块；数据访问接口，所述数据访问接口包括核心数据接口、用户数据接口、认知能力指标数据接口。该系统可以提高记忆力区域的脑神经回路连结，有利于提高记忆存储能力，进而加强位于前额皮质的执行功能区能力，最终调整人体的高级机能，把机体的各种神经活动协调起来，并最终可以改善脑健康与情绪等大脑高级功能。
文档编号G06F19/00GK103226665SQ20131016603
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者刘丽华 申请人:北京爱智慧科技发展有限公司