本發(fā)明涉及一種老年人身體機能量化計算方法。從應(yīng)用場景的角度講，屬于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域；從技術(shù)實現(xiàn)的角度來講，亦屬于計算機科學(xué)與生物信息處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國人口基數(shù)大，已成為世界上老年人人口最多的國家，也是人口老齡化發(fā)展速度最快的國家之一，中國已進(jìn)入并將長期處于人口老齡化社會。年輕人口的相對減少，意味著中國勞動力的缺失，對于我國社會的可持續(xù)發(fā)展勢必造成深遠(yuǎn)的影響。身體機能是指人的整體及組成的各器官，系統(tǒng)所表現(xiàn)的生命活動，老年人身體機能的好壞，不僅與個人的身體健康息息相關(guān)，還關(guān)系到家庭的幸福。因此，提高老年人的身體機能，不但能改善老年人晚年的生活質(zhì)量，而且能促進(jìn)家族的欣欣向榮。身體機能的研究成為當(dāng)前亟需要解決的課題，更對人類的生存和發(fā)展起著舉足輕重的作用，具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，對于身體機能的研究，國外的研究成果較多，主要采用量表法，也有較少的采用評估方法。量表法首先進(jìn)行人群調(diào)查，其后通過分析結(jié)果用統(tǒng)計方法篩選條目，對量表進(jìn)行修訂，形成正式量表。而評估方法對于評價內(nèi)容，建立以評估屬性為基礎(chǔ)的評估指標(biāo)體系，通過預(yù)處理的步驟和屬性的轉(zhuǎn)化，利用算法的映射獲得老年人身體機能得分。

對于身體機能評估研究方向，國外通常采用的是由世界衛(wèi)生組織提出的《國際功能、殘疾和健康分類》量表，又稱國際功能分類(icf)。

icf由兩大部分組成，第一部分是功能和殘疾，包括身體功能和身體結(jié)構(gòu)、活動和參與；第二部分是背景性因素，主要指環(huán)境因素。它本身是一個研究工具，用于測量健康狀態(tài)結(jié)果。身體功能簡表存在第一部分中，包括精神功能、感覺功能和疼痛、發(fā)聲和言語功能、心血管、免疫和呼吸系統(tǒng)功能、消化、代謝和內(nèi)分泌系統(tǒng)功能、泌尿生殖和生育功能、神經(jīng)肌肉骨骼和運動有關(guān)的功能以及皮膚和有關(guān)結(jié)構(gòu)的功能八項內(nèi)容。根據(jù)上述八項內(nèi)容，醫(yī)生可以根據(jù)患者的反映信息，判定身體功能或結(jié)構(gòu)損傷的程度，分為無殘疾、輕度殘疾、中度殘疾、嚴(yán)重?fù)p傷、完全損傷、未特指和不適用七種情況。該結(jié)果能夠統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的反映所有與人體健康有關(guān)的功能和失能的狀態(tài)，為后續(xù)醫(yī)生指導(dǎo)患者提供了依據(jù)。

在綜合評估方法中，因子分析法和層次分析法使用的較為普遍，通常是為了獲得評估屬性的權(quán)值。

因子分析法是通過線性方程，經(jīng)過線性變換，不僅將原始特征映射到真正表達(dá)事物本質(zhì)的因子上，而且能夠在工程上提高生成模型的速度。因子分析法利用原始特征到所有因子的重要性來比較出原始屬性的重要性程度大小，但不能將其作為衡量原始屬性的絕對大小。另外，在使用因子分析之前需要做kmo檢驗，如果kmo數(shù)值大于等于0.6才適合使用因子分析方法。

層次分析法是美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)70年代初提出的，將一個核心目標(biāo)拆分成沒有相互交集的組成部分，再將其組成部分繼續(xù)往下拆，直到到達(dá)需求層次。然后依據(jù)專家對某個領(lǐng)域的認(rèn)識依次給出由底層到高層，各個組成部分的優(yōu)先級，最后根據(jù)專家的定性判斷，構(gòu)造判斷矩陣，經(jīng)過一系列的迭代運算，獲得各維屬性的重要性權(quán)值。層次分析法本身具有相對完整的層次體系，但很多時候引入了人們的主觀判斷，定量的信息相對少了些。因此各維屬性的權(quán)值并不是從頭到尾完全由數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出來的，缺少嚴(yán)格的證明；其次，在同一個目標(biāo)下，層次分析法所包含的各個組成部分的個數(shù)是不能超過七個，有一定的局限性。

以量表的形式對身體機能進(jìn)行評估，將評估屬性權(quán)值視為等同，其本質(zhì)是默認(rèn)每維屬性對身體機能的貢獻(xiàn)程度一樣，但是每維屬性對身體機能起的作用不同，會造成評估身體機能結(jié)果的偏差，因此獲得身體機能的各維評估屬性權(quán)值就顯得至關(guān)重要。而層次分析法首先將人的主觀意念引入到評估屬性權(quán)值的信息中，獲得了每維屬性的重要性程度的結(jié)果。因子分析法并不能準(zhǔn)確地獲得各維屬性的權(quán)值大小，只能獲得其相對大小，因此并不能將其結(jié)果作為評估屬性的權(quán)值。在醫(yī)學(xué)上，屬性不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)的，如何將這一關(guān)聯(lián)信息，引入到評估屬性結(jié)果中，成為了研究中的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：在身體機能評估中，針對現(xiàn)有量表法將評估屬性權(quán)值視為等同，忽略了屬性與屬性之間的相關(guān)性，造成身體機能評估結(jié)果偏差的問題，提出一種老年人身體機能量化分析方法。老年人身體機能評估結(jié)果以百分制的形式展示，從而達(dá)到量化身體機能的目的。

本發(fā)明的設(shè)計原理如圖1所示，具體為：首先，依據(jù)國際量表，并結(jié)合中國人具體的實際情況，選出身體機能評估的屬性；然后，利用pagerank法獲得各維屬性的權(quán)值；其次，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)歸一化并線性加權(quán)，得到每一個老年人的身體機能得分，從而可以分析老年人之間的個體差異；最后從性別、年齡、居住地、文化程度、月收入、目前健康狀況和生活規(guī)律等方面驗證身體機能得分的合理性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過如下步驟實現(xiàn)的：

步驟1，結(jié)合專家意見，篩選老年人身體機能評估屬性，完成屬性值的轉(zhuǎn)化和數(shù)據(jù)預(yù)處理，具體實現(xiàn)方法為：

步驟1.1，依據(jù)國際量表，結(jié)合中國人的具體情況，并與專家討論，選出身體機能評估的屬性，構(gòu)成老年人身體機能評價體系；

步驟1.2，獲取清理后待分析數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集，構(gòu)成m乘n的矩陣，行向量表示每一條樣本的信息，列向量表示樣本的屬性信息，數(shù)據(jù)集用字母x表示。

步驟2，獲得經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)集x＝{xij},利用pagerank法，計算各維評估屬性對身體機能的重要性大小，即屬性權(quán)值大小，具體實現(xiàn)過程如下：

步驟2.1，利用預(yù)處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)造協(xié)方差矩陣y＝{yij}，將其作為pagerank算法的輸入,yij表示的是屬性i與屬性j的協(xié)方差，用來衡量屬性i與屬性j的相關(guān)性大??；

步驟2.2，計算各維評估屬性的權(quán)值。由于pagerank算法的輸入是協(xié)方差矩陣，算法輸出的物理意義表示各維屬性的權(quán)值，當(dāng)前后兩次各維屬性的權(quán)值之差小于等于一定閾值時，算法運行結(jié)束。

步驟3，數(shù)據(jù)歸一化和線性加權(quán)，得到老年人身體機能得分，具體實現(xiàn)過程如下：

步驟3.1，對原始數(shù)據(jù)歸一化：

步驟3.2，利用歸一化后的數(shù)據(jù)和pagerank算法獲得的權(quán)值進(jìn)行線性加權(quán)，得到老年人身體機能得分：

步驟4，查看在不同方面、層次老年人身體機能得分分布趨勢，具體實現(xiàn)過程如下：

步驟4.1，統(tǒng)計不同性別、年齡、文化程度、居住地、月收入、目前健康狀況和生活規(guī)律等方面的身體機能均分，查看它們得分的分布趨勢是否符合客觀規(guī)律。

有益效果

相比于現(xiàn)有量表評估方法，本發(fā)明提出的基于pagerank算法的老年人身體機能量化方法，彌補了量表法將評估屬性權(quán)值視為等同的不足，使老年人身體機能的評估結(jié)果更加準(zhǔn)確、精確。

相比于基于層次分析法的老年人身體機能評估，考慮了屬性與屬性之間的相關(guān)性，減少了人為因素，節(jié)約了人力成本。評估結(jié)果是通過真實數(shù)據(jù)反映出來的，更具有客觀性，該方法的適用范圍更廣，具有一定的使用價值。

本發(fā)明所提方法，突破了現(xiàn)有量表法將評估屬性權(quán)值視為等同的局限性，為醫(yī)生指導(dǎo)患者提供相關(guān)性建議，同時也是數(shù)據(jù)挖掘在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上的一次有意義的嘗試，為老年人身體機能的方法學(xué)提供借鑒。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的老年人身體機能量化計算方法原理圖；

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明方法的實施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

測試數(shù)據(jù)為2011～2012年北京醫(yī)院聯(lián)合全國7省市13家醫(yī)院的調(diào)查數(shù)據(jù)，采用調(diào)查問卷的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，調(diào)查問卷是由中國衛(wèi)生部行業(yè)基金老年健康綜合評估課題組和中國老年人保健及疾病防治聯(lián)盟聯(lián)合設(shè)計，其內(nèi)容主要包括：基本情況、軀體健康評估、軀體功能評估、生活行為與社會功能評估、心理健康、認(rèn)知功能、醫(yī)療情況、老年人失能等級評估表、輔助檢查等9個大類145個小項，共計482個問題的檢查。最終經(jīng)過整合形成具有9503條樣本、共524維屬性的數(shù)據(jù)庫。

以下測試的實驗環(huán)境均為同一臺計算機，其配置為：2.93ghzcpu，4.0gb內(nèi)存，windows7操作系統(tǒng)。

第一環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)使用數(shù)據(jù)源為原始數(shù)據(jù)源。詳細(xì)說明老年人身體機能評估指標(biāo)體系構(gòu)建和評估過程以及身體機能評估結(jié)果的驗證過程。具體實施步驟如下：

步驟1.1，分析國際量表關(guān)于身體機能的屬性，結(jié)合中國的實際人群情況，考慮專家意見，獲得身體機能7維評估屬性：步速、認(rèn)知功能、睡眠質(zhì)量、二便、慢性病、視力、聽力；

步驟1.2，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行空缺值刪除和屬性選取，最終得到7維評估屬性的5887條數(shù)據(jù)。

第二環(huán)節(jié)

第二環(huán)節(jié)使用第一環(huán)節(jié)處理后獲得的數(shù)據(jù)源。詳細(xì)說明老年人身體機能評估屬性轉(zhuǎn)化以及計算評估屬性權(quán)值過程。具體實施步驟如下：

步驟2.1，將具有7維評估屬性的5887條數(shù)據(jù)構(gòu)造協(xié)方差矩陣，作為pagerank算法的輸入；

步驟2.2，經(jīng)過多次迭代后，當(dāng)數(shù)值滿足一定的閾值條件，算法運行結(jié)束。表1評估屬性權(quán)重

第三環(huán)節(jié)

第三環(huán)節(jié)使用的數(shù)據(jù)源為第一環(huán)節(jié)獲得的數(shù)據(jù)源。詳細(xì)闡述老年人身體機能量化得分的計算過程。具體實施步驟如下：

步驟3.1，將步驟1.2得到的數(shù)據(jù)歸一化；

步驟3.2，將步驟3.1歸一化后的數(shù)據(jù)與pagerank算法獲得的權(quán)值進(jìn)行線性加權(quán)，得到老年人身體機能得分。

第四環(huán)節(jié)

查看在不同方面、不同層次身體機能得分的變化規(guī)律：

步驟4.1，從6個不同角度驗證老年人身體機能均分是否符合常識。

表2以5歲為間隔男、女身體機能均分分布情況

表3不同居住地的身體機能均分的分布情況

表4不同收入的身體機能均分分布情況

表5不同生活規(guī)律的身體機能均分分布情況

表6文化程度不同的身體機能均分分布情況

表7目前健康狀況身體機能均分分布情況

本發(fā)明針對當(dāng)前研究主要以量表的形式進(jìn)行綜合評估，將同一級屬性權(quán)重大小視為等同的問題，其次針對層次分析法中引入主觀因素的問題導(dǎo)致精確性不足的問題，以及因子分析法并不能提供準(zhǔn)確的評估屬性權(quán)值的問題，提出了一種老年人身體機能量化計算方法。通過老年人身體機能量化計算實踐證明，本方法可以將個人的身體機能評估以量化得分的結(jié)果予以展示，同時在賦予評估屬性權(quán)值時，考慮了屬性與屬性之間的相關(guān)性，使評估結(jié)果更加客觀、合理。同時該方法為醫(yī)生指導(dǎo)患者提供相關(guān)性建議，同時也是數(shù)據(jù)挖掘在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上的一次有意義的嘗試，為老年人身體機能的方法學(xué)提供借鑒。